Os seres vivos são belos!
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Esse texto didático foi desenvolvido pelo Núcleo de Ensino Pesquisa e Extensão do Departamento de Biologia Celular da Universidade Federal do Paraná, NUEPE, para ser utilizado nos computadores individuais do Programa Um Computador Por Aluno, PROUCA, bem como nos demais computadores escolares e pessoais. Nível: ensino fundamental. Todas as sugestões para melhoria desse trabalho são bem-vindas. Contato www.nuepe.ufpr.br [email protected] A utilização deste material em trabalhos derivados e sua distribuição por quaisquer meios obedece a licença Creative Commons AtribuiçãoNãoComercial-CompartilhaIgual 3.0 Brasil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/ Agências financiadoras Os seres vivos são belos! E são todos formados por células! Contato Núcleo de Ensino Pesquisa e Extensão – BioCel-UFPR. www.nuepe.ufpr.br Autores Claudia Daniela Cavichiolo Ruth Janice Guse Schadeck Márcia Helena Mendonça Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Eukaryota_diversity_2.jpg Revisão e didática Mateus Chicarelli Diana Duarte Laura de Lannoy Licença Creative Commons : Atribuição-CompartilhaIgual (CC BY-SA 2) Veja alguns deles em movimento! Os animais mais rápidos da terra https://www.youtube.com/watch?v=AzRIW21rvxE Flor desabrochando http://www.youtube.com/watch?v=6YqF3DXeyzM Desenvolvimento da borboleta http://www.youtube.com/watch?v=-dYvYxX77N4 Agências financiadoras Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPq , e Fundação Araucária- PR . Programas de formação de professores Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência, CAPES/PIBID/UFPR, e Licenciar/UFPR Texto Desenvolvido para utilização no Programa Um Computador por Aluno PROUCA - e demais computadores escolares. Os exemplos acima mostram imensa diversidade que existe entre nós, seres vivos que habitamos este planeta. E somos todos formados por uma unidade básica: as células! Quais são os tipos de células que existem? Existem dois grandes tipos celulares: células eucarióticas e procarióticas. As células eucarióticas são maiores e apresentam uma estrutura mais complexa que as células procarióticas e núcleo contendo o DNA. As células procarióticas são mais simples e o DNA está em contato direto com o citoplasma. Além dessas existem muitas outras diferença que você verá ao longo deste capítulo. Iniciaremos o nosso estudo abordando as células eucarióticas. Células eucarióticas Quantas células têm em um organismo? Existem organismos formados por apenas uma célula e são conhecidos como unicelulares, como os protozoários. Já organismos pluricelulares são formados por muitas células. Vamos começar nosso estudo pelos organismos unicelulares Há uma grande quantidade deste tipo celular no planeta. Confira! Paramecium https://www.youtube.com/watch?v=mqhwlUowGl4 Ameba em movimento https://www.youtube.com/watch?v=7pR7TNzJ_pA Paramécium “comendo” https://www.youtube.com/watch?v=a4aZE5FQ284 As células eucarióticas apresentam três componentes principais: membrana plasmática, núcleo e citoplasma. Para entendermos a estrutura de uma célula eucariótica usaremos o paramécium, um protozoário formado por uma única célula. É um organismo heterótrofo pois não produz o próprio alimento, vastamente distribuído na natureza e facilmente encontrado em lagos e águas paradas. Pode ser observado ao microscópio de luz, sem nenhum preparo especial. Ele se movimenta em meio líquido graças aos cílios que recobrem sua superfície. Quer saber como se obtém o paramécium? Acesse: http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/visualizacaoparamécium.htm Sugestão de atividade prática para o professor Observação do paramécium ao microscópio de luz Material: - cultura de paramécium que pode ser obtida a partir de água de aquário (http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/visualizacaoparamecium.htm -1 lâmina -1 lamínula -1 conta gotas - pedaços de papel absorvente. Preparo: - Pingue 2 gotas da cultura da cultura do paramécium sobre a lâmina. Como o paramécium é muito rápido faz-se necessário diminuir os seus movimentos. Isso pode ser realizado utilizando uma solução tóxica ! obtida pela infusão de um cigarro em 30 ml de água por 12 horas. Outro método é colocar alguns fios de algodão bem distendidos entre a lâmina e lamínula Neste caso deve-se ter o cuidado de não deixar os fios muito espessos para não correr o risco de quebrar a lamínula na objetiva da 40X. - Cubra com a lamínula. Pronto! Eles já podem ser observados no microscópio. Atenção! Embora o paramécium não seja patogênico sempre há o risco de contaminação por outros organismos que podem fazer mal para a saúde. Portanto, siga as normas de segurança no laboratório, como o uso de luvas e jaleco, e descarte o material em solução germicida. Vamos começar vendo o paramécium vivo e em movimento! Veja o Vídeo! https://www.youtube.com/watch?v=rkS6_B-eOnY O paramécium, como qualquer célula eucariótica, apresenta núcleo delimitado por um sistema de duas membranas denominado envoltório nuclear (antigamente chamado carioteca), membrana plasmática e citoplasma. Analise a figura 1 que mostra esses componentes representados no paramécium que você acabou de observar ao microscópio ou em vídeo. Figura 1 - Representação das principais partes da célula do paramécium. A membrana celular delimita a célula e seleciona quais substancias entram e saem. O citoplasma contém as organelas e núcleo o material genético. Membrana plasmática Pode se comparada a um “envelope” que envolve o citoplasma, separando a célula do ambiente externo e regulando as substâncias que entram e saem da célula. Permite e entrada e a saída de moléculas necessárias para o funcionamento celular, impede a saída de moléculas que necessitam permanecer no interior celular, bem como não permite e entrada de moléculas desnecessárias ou que em um dado momento não sejam úteis para a célula. Por isso se diz que ela tem permeabilidade seletiva, exemplificado no detalhe da membrana plasmática da figura anterior e descrita na figura 2 seguir com mais detalhes. Figura 2- Representação da permeabilidade seletiva da membrana plasmática. A permeabilidade seletiva deve-se a composição química da membrana, que é formada por uma película de lipídeos especiais na qual se inserem proteínas. Poucas moléculas conseguem atravessar pelos lipídeos. A maioria atravessa pelas proteínas. Assim se a célula possui a proteína que transporta uma determinada molécula ela atravessa a membrana. Da mesma forma, se célula não apresenta a proteína transportadora para uma determinada molécula ela não consegue entrar ou sair da célula. Para cada tipo de molécula existe a proteína transportadora específica. Imagine quantas proteínas transportadoras existe em uma membrana! Observe o batimento ciliar! Observe também as organelas em maior definição e o movimento delas no interior do citoplasma! https://www.youtube.com/watch?v=mqhwlUowGl4 Quer saber mais do paramecium? Leia em: http://www.cientic.com/tema_protista_img1.html No caso do paramécium a membrana plasmática é contínua ao redor dos cílios, que são prolongamentos semelhantes a dedos de luva, na superfície celular, responsáveis pela locomoção deste protozoário. Observe na figura 3 uma representação dos cílios do paramécium revestidos por membrana. Representação esquemática de uma pequena porção da superfície do paramécium mostrando a membrana plasmática recobrindo os cílios e sua função da seleção das moléculas que entram e saem da célula. Núcleo As células eucarióticas apresentam o núcleo delimitado pelo envoltório nuclear, formado por duas membranas, conforme mostrado na figura 4. Em vários pontos essas membranas se fundem formando poros pelos quais acontece o transporte de moléculas entre o núcleo e o citoplasma. Figura 3 - Representação esquemática do núcleo. No interior do núcleo está o DNA, que é o material genético de todas as células. Mas o DNA não está sozinho! Está associado com proteínas formando filamentos de diferentes espessuras. Veja o detalhe da figura 4. Portanto, o núcleo é preenchido com esses filamentos, como você pode verificar na figura cima, os quais se dobram muitas vezes, podendo até enrolarse sobre si mesmo. Esses filamentos são chamados filamentos de cromatina. Durante a divisão celular esses filamentos se condensam formando os cromossomos que passam a ser visíveis individualmente através do microscópio. No interior do núcleo também se observa uma estrutura denominada nucléolo, onde os ribossomos da célula são formados. Para saber mais sobre o núcleo acesse: http://www.youtube.com/watch?v=n2LHXpCMFNU Qual é a importância do DNA? O DNA contém a informação para a formação das estruturas necessárias para o funcionamento da célula de todos os seres vivos. Além disso, esta informação é essencial para a formação de uma nova célula e de um novo indivíduo. Citoplasma: citosol e organelas Citoplasma é todo conteúdo entre o núcleo e a membrana plasmática. Compõe-se de um líquido (chamado de citosol), que, próximo à membrana torna-se mais gelatinoso, e de organelas. Vamos exemplificar com a figura 4 através de artifícios gráficos. A célula apresenta núcleo, membrana plasmática e citoplasma, como mostrado na célula da esquerda. Se excluirmos dessa célula o núcleo e a membrana, o restante é citoplasma, como você observa na célula do meio. Se retirarmos as organelas do citoplasma o que sobre é o citosol, evidenciado na célula da direita. Figura 4 - O citoplasma da célula eucariótica e suas partes. A representação acima tem finalidade didática. Entretanto, é possível separar os diferentes componentes celulares e estudar a sua função utilizando técnicas laboratoriais muito precisas. Afinal, o que acontece nas organelas? Cada tipo de organela desempenha uma função essencial para as células como a respiração celular, digestão, síntese de compostos, secreção de substâncias, dentre outras. Veja algumas delas: Figura 5 - Retículo endoplasmático Figura 6 - Peroxissomos Vesículas grandes e achatadas denominadas cisternas. Produzem proteínas e lipídeos. Também pode realizar a desintoxicação de medicamentos e outras drogas. Vesículas membranosas arredondadas. Realizam reações nas quais produzem e degradam peróxido de hidrogênio, popularmente chamado de água oxigenada. Envolvido na detoxificação do álcool. Figura 7 - Lisossomos Figura 8 - Mitocôndrias Vesículas membranosas que podem apresentar morfologia arredondada ou mais irregular. Realizam a digestão celular Formada por duas membranas. A membrana interna faz invaginações para o seu interior. Utilizam compostos derivados dos alimentos e oxigênio para a produção de ATP, forma de energia química utilizada pelas células. Figura 9 - Complexo de Golgi Formado por pilhas de vesículas achatadas que transformam substâncias na célula e as empacotam em vesículas para secreção. As organelas (o termo significa “pequeno órgãos”) são formadas por membranas que delimitam o seu conteúdo, assim como a membrana plasmática delimita a célula. Devido a isso também são chamadas de “organelas membranosas”. No seu interior acontecem centenas de reações químicas, que juntamente com as reações que ocorrem no citosol, mantém a célula viva e funcionando. Além das organelas membranosas existem outras estruturas classificado como “organela não membranosa”, como os ribossomos. As células Figura 10 - Ribossomos animais também apresentam próximo ao seu núcleo, um par de tubos protéicos denominados centríolos. Eles organizam filamentos dentro da célula que compõem o citoesqueleto. Figura 11- Centríolos Formados por microtúbulos tem função relacionada ao cito esqueleto celular. São grânulos responsáveis pela produção de todas as proteínas da célula. Organismos pluricelulares São aqueles que se compõem de muitas células, como plantas e animais. Os seres humanos apresentam aproximadamente setenta e cinco trilhões de células (75.000.000.000.000). As células agrupadas formam tecidos (epitelial, conjuntivo, muscular e nervoso) que em conjunto formam órgãos. O conjunto de órgãos que desempenham uma atividade em comum formam sistemas. Por exemplo, o conjunto de boca, esôfago, estômago, intestinos, pâncreas, fígado e vesícula biliar formam o sistema digestório. A figura 12 mostra uma pequena porção de epitélio do esôfago observado ao microscópio de luz, corado aqui em rosa. Observe que as células mudam de forma ao longo do epitélio, apresentando-se maiores ou mais achatada e que estão muito aderidas umas as outras. Figura 12 - Epitélio do esôfago observado ao microscópio de luz. Coloração hematoxilina/eosina. Você já parou para pensar na imensa quantidade de células que circula no sangue nos organismos animais? A figura 13 mostra uma pequena porção de sangue observado ao microscópio eletrônico de varredura. Note a quantidade de células presente nesse fragmento microscópico! Figura 13 – Células do sangue Qual é a estrutura das células de animais? As células de animais apresentam as mesmas estruturas básicas observadas em nosso modelo de organismo unicelular, o paramécium: membrana plasmática, núcleo e citoplasma. Veja a figura 14: Figura 14 - Estrutura da célula eucariótica anima.l Todas as células animais são iguais? Todas as células animais apresentam as estruturas discutidas nos parágrafos anteriores. Entretanto, a forma das células, o número de cada um dos tipos de organelas e como se arranjam no interior celular variam de uma célula para outra. Veja alguns exemplos: Células secretoras de muco Apresenta uma distribuição interna das organelas que favorece a ela desempenhar a sua função, já que as secreções só podem ser libertadas em um dos lados da célula (figura 13). Como o muco contém carboidratos apresentam um complexo de Golgi muito abundante, uma vez que é nele que acontece a síntese dos carboidratos do muco. Preste atenção na disposição de seus componentes e sua forma. Ela é uma célula alongada que tem organelas que produzem e processam o muco contido nas vesículas de secreção. Figura 15 – Organização celular de uma célula produtora de muco. Quer saber mais sobre carboidratos? Acesse: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/quimica_vida/quimica.ph Plasmócitos Plasmócitos são células que sintetizam anticorpos, são arredondadas e apresentam o retículo endoplasmático rugoso muito desenvolvido, visto que é nessa organela que os anticorpos, que são proteínas, são sintetizados. Veja na figura 16 uma imagem de microscopia eletrônica que evidencia o retículo endoplasmático no citoplasma desta célula. Figura 16 - Imagem de um plasmócito ao microscópio eletrônico de transmissão. Neurônios Essas células podem exibir uma grande variedade de formas. Apresentam prolongamentos celulares denominados axônios e dendritos pelos quais acontece a transmissão do impulso nervoso. Veja na 17 a quantidade desses prolongamentos celulares, os quais se conectam com as células vizinhas formando complexas redes de transmissões elétricas. Para cumprir a sua função apresentam um grande número de ribossomos e retículo endoplasmático, pois necessitam de uma grande quantidade de proteínas. Figura 17 - Estrutura de um neurônio. Em síntese, todas as células eucarióticas apresentam o núcleo delimitado pelo envoltório nuclear formado por duas membranas, o citoplasma formado pelo citosol e organelas, e a membrana plasmática. A forma da célula, a quantidade de cada um dos tipos das organelas e suas localizações, o formato e a posição dependem do tipo celular analisado. Pode-se comparar a residências de alvenaria. Todas são formadas por tijolos, tem banheiro, cozinha, quartos e sala. Mas a distribuição interna, o tamanho e o número dos mesmos são particulares para cada residência. Como são as células vegetais? Observe na figura 18 que a célula vegetal possui todas as estruturas da célula animal, com exceção dos centríolos. Além disso, apresentam parede celular, cloroplastos e vacúolos, estruturas ausentes em células animais. Figura 18 - Comparação entre célula anima e vegetal. Vamos ver com mais detalhes as estruturas das células vegetais que não estão presentes nas células animais. Cloroplasto É uma organela essencial para que os vegetais realizem a fotossíntese. Devido a esse processo eles são considerados seres autótrofos, ou seja, produzem o próprio alimento. Apresenta um pigmento verde que confere cor as folhas e caules, a clorofila. Este pigmento é poderoso! Consegue absorver “pacotes de energia da luz solar” , denominados fótons, e transferi-los para moléculas orgânicas, como os açucares. Assim, converte a energia da luz em energia química, essencial para o funcionamento celular. Sem os cloroplastos e a fotossíntese não teríamos condições de vida na terra. Você conhece a Elódea, uma planta muito utilizada em aquários? Veja os seus cloroplastos se movimentando https://www.youtube.com/watch?v=BB5rvjZzgFU Vacúolos Vacúolos são organelas que podem apresentar diferentes funções, dependendo da célula e do vegetal. São capazes de armazenar substâncias, como nutrientes e pigmentos, desempenhar funções digestivas semelhante a dos lisossomos de células animais e regular a pressão interna das células, dentre outras. A parede celular Sua principal função é conferir resistência e proteção celular. Graças a ela as células vegetais podem ficar, por exemplo, expostos à água e não se romperem. É formada por celulose, um polímero de glicose, não é digerido nos animais. Graças a isso constituem as fibras dos alimentos, fundamentais para o bom funcionamento do intestino. As células vegetais formam tecidos? Da mesma forma que as células animais, elas se organizam em tecidos formando as partes da planta. Veja fotomicrografia (foto obtida ao microscópio) do corte transversal de um caule: Figura 19 - Corte transversal de um caule. O que são células procarióticas? São as bactérias e estão disseminadas no solo, na água, no ar, nas rochas associados a organismos pluricelulares. Enfim, em todos os ambientes e organismos terrestres. Recobrem nossa pele, acumulam-se nas dobras, estão presentes nas fossas nasais, gengivas, entre os dentes e no intestino, dentre outros. São muito menores e mais simples que as células eucarióticas. Compare o tamanho delas com um neutrófilo, células de defesa do sangue que destroem as bactérias que podem causar doenças e dessa forma protegem o nosso organismo. Acompanhe o neutrófilo perseguindo uma bactéria! https://www.youtube.com/watch?v=MgVPLNu_S-w Devido ao fato de serem muito pequenas as células procarióticas são mais bem visualizadas ao microscópio eletrônico como mostra a figura 20. Neste caso as bactérias foram ampliadas 20.000X. As procarióticas células apresentam as estruturas básicas de qualquer célula: material genético, membrana plasmática e citoplasma. Figura 20 - Staphylococcus aureus observado através de microscopia eletrônica de varredura, colorida artificialmente. Imagem de domínio público. Autora da foto: Janice Haney Carr Além desses componentes também apresentam parede celular, com exceção de um tipo de bactérias muito pequenas denominadas micoplasmas. Veja estas estruturas na figura 21, construída a partir do vídeo sobre a estrutura das células usando o paramécium como modelo, que você observou no início desse texto (https://www.youtube.com/watch?v=rkS6_B-eOnY). . Figura 21 - Comparação do tamanho de uma bactéria com o paramecium e visualização de suas estruturas celulares. As células procarióticas apresentam o DNA no nucleóide, membrana plasmática, citoplasma e parede celular Nucleóide O cromossomo bacteriano é formado por DNA circular. No interior da célula bacteriana ele se enrola sobre si mesmo e se associa a proteínas específicas formando uma região chamada nucleóide, sem membrana ao seu redor, em contato direto com o citoplasma. O DNA das células procarióticas tem as mesmas funções das células eucarióticas, ou seja, armazenar a informação genética. Membrana plasmática Além de desempenhar as funções de delimitação celular e permeabilidade seletiva, como em qualquer célula, a membrana plasmática nas bactérias também é responsável por importantes reações bioquímicas relacionadas ao fornecimento de energia para a célula. Em alguns tipos de bactérias pode fazer invaginações denominadas mesossomos que se projetam para o citoplasma, nas quais se concentram enzimas envolvidas no fornecimento de energia. Parede celular Protege a célula e é responsável pelo seu formato. Citoplasma Formado pelo citosol e ribossomos. A célula bacteriana não apresenta nenhuma das organelas presentes nas célula eucarióticas. Portanto, exceto as reações da síntese de proteínas, todas as demais reações necessárias para manter a célula viva acontecem no citosol. As estruturas descritas acima estão presentes em todas as células procarióticas. Mas, dependendo do tipo de bactéria, outras estruturas como flagelos, fímbrias e cápsula são observados. Veja na figura 21 uma representação de uma bactéria que apresenta todas as estruturas. Autora: Mariana Ruiz Villarreal. Domínio público. Figura 21 - Estrutura uma célula procariótica. Para que serve o flagelo? As bactérias que apresentam flagelos podem se locomover em meio líquido. Assista bactérias se locomovendo! https://www.youtube.com/watch?v=a-zpFSVCDq4 Para que serve a cápsula? A cápsula é uma substancia gelatinosa que recobre a parede celular que algumas bactérias apresentam e tem importante função na adesão, dentre outras. Por exemplo, quando não se escova os dentes de maneira correta as bactérias se multiplicam rapidamente e se aderem umas as outras através das suas cápsulas formando a placa. Veja a placa bacteriana! Veja o que ela pode causar! v Figura 22 – Placa bacteriana e dente com cárie. Para prevenir e eliminar a placa bacteriana é necessário realizar a escovação dos dentes, fato de longa data conhecido, como você pode observar na figura 23. Ao escovar os dentes as bactérias são varridas e os dentes permanecem limpos. É necessário também escovar a língua e a as bochechas para evitar o mau-hálito. Uma boa higiene bucal assegura também melhores condições de saúde para todo o corpo. Figura 23 – Mulher escovando os dentes em 1899 Vamos ver o jeito certo de escovar os dentes? https://www.youtube.com/watch?v=hYFzMh3WHzA Curiosidades Apenas na língua existem 92 espécies de microrganismos , alguns dessas bactérias responsáveis pelo mau hálito Leia mais em: http://www.infoescola.com/reino-monera/streptococcus/ O intestino está repleto de bactérias, sem elas não poderíamos sobreviver, a flora intestinal auxilia na digestão de alimentos e monitora i desenvolvimento de outras que podem causar doenças. Leia mais em: http://www.infoescola.com/fisiologia/flora-intestinal/ Todas as bactérias são do “mal”? Não! Elas são muito importantes para a nossa vida! Por exemplo, o conjunto das bactérias no intestino, chamada de flora intestinal, é essencial para o funcionamento intestinal. Além disso, as bactérias também são usadas na produção de muitos alimentos como queijo e iogurte, bem como na produção de medicamentos. O nosso planeta é repleto de seres vivos e todos são formados pela mesma unidade básica: a células. Você quer sabem mais sobre ela? Acesse: www.nuepe.ufpr.br
