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 outros meios obedece a licença Creative Commons AtribuiçãoNãoComercial-CompartilhaIgual 3.0 Brasil (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/) Os seres vivos são belos! E são todos formados por células! Contato Núcleo de Ensino Pesquisa e Extensão – BioCel-UFPR. www.nuepe.ufpr.br [email protected] Autores Claudia Daniela Cavichiolo Ruth Janice Guse Schadeck Márcia Helena Mendonça Revisão e didática Mateus Chicarelli Diana Duarte Laura de Lannoy Carla Toncovitch Agências financiadoras Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Eukaryota_diversity_2.jpg Licença Creative Commons : Atribuição-CompartilhaIgual (CC BY-SA 2) Programas de formação de professores Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência, CAPES/PIBID/UFPR, e Licenciar/UFPR Veja alguns deles em movimento! O nosso maravilhoso mundo A pequena “fortona” Peixes nadando Alguns dos vídeos e figuras dos links estão em inglês. Como o objetivo da visualização destes vídeos é somente a observação seres vivos, sugerimos que o volume do som permaneça no seu mínimo. Da mesma forma, alguns links direcionam para imagens de células obtidas em sites em inglês. Neste caso sugerimos que sejam analisadas pelo seu conteúdo visual e pelas descrições que acompanham na tela e que se ignore os textos anexos em inglês. 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, com estrutura mais complexa o DNA no núcleo. Estas células compõem os organismos unicelulares, formados somente por uma célula, e os pluricelulares, formados por muitas células. 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. Compare na imagem abaixo estes dois tipos celulares. Parte 1 As células eucarióticas Vamos começar o nosso estudo pelos organismos unicelulares. Veja alguns em movimento! Ameba Euglena, alga unicelular Vorticella Os vídeos acima mostram células de protistas. Você que saber o que são protistas? Clique aqui. O paramécio: nosso modelo de estudo da célula eucariótica Para entendermos a estrutura de uma célula eucariótica usaremos o paramécio como modelo, um ser vivo formado por uma única célula, ou seja, um organismo unicelular. A figura abaixo mostra este organismo que se movimenta em meio líquido. É um organismo heterótrofo, pois não produz o próprio alimento, vastamente distribuído na natureza e facilmente encontrado em lagos e águas paradas, classificado com protozoário. Pode ser observado ao microscópio de luz, sem nenhum preparo especial. O paramécio se alimenta pelo englobamento de materiais extracelulares que acontece em regiões especializadas da membrana. Este processo é chamado de fagocitose. Veja aqui o paramécio realizando a fagocitose! Preste atenção na formação de uma vesícula aproximadamente no meio da célula, a qual é liberada para o interior celular. É dessa forma que os alimentos entram no paramécio. Na sequência, através de vários processos, estes alimentos serão digeridos e utilizados pela célula. ATENÇÃO! Poucas células de animais realizam a fagocitose. Pode-se citar os neutrófilos e macrófagos. Nestes casos, a fagocitose serve de defesa contra micro-organismos que podem nos causar doenças. O paramécio pode ser observado ao microscópio de luz, sem nenhum preparo especial. Ele se movimenta em meio líquido graças aos cílios que recobrem sua superfície. Peça ao seu professor para observar o paramécio vivo ao microscópio! Você vai gostar! ATENÇÃO! Qualquer atividade de laboratório só deverá ser realizada com o professor!! Quer saber como se obtém o paramécio? Clique aqui ida. Para o professor Observação do paramécio ao microscópio de luz Materiais - Cultura de paramécio que pode ser obtida a partir de água de aquário. Veja aqui! -1 lâmina -1 lamínula -1 conta gotas - pedaços de papel absorvente. Desenvolvimento - Pingar 2 gotas da cultura da cultura do paramécio sobre a lâmina. Cobrir com lamínula e observar. Como o paramécio é muito rápido faz-se necessário diminuir os seus movimentos. Um 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. Outra forma é diminuir a temperatura da infusão do paramécio colocando por alguns minutos em água bem fria. - Cobrir com a lamínula. Pronto! Eles já podem ser observados no microscópio. Atenção! Embora o paramécio não seja patogênico sempre há o risco de contaminação por outros organismos que podem fazer mal para a saúde. Portanto, deve-se siguir as normas de segurança no laboratório, como o uso de luvas, óculos de segurança, jaleco e descarte o material em solução germicida. . A observação do paramécio ao microscópio é uma linda experiência. Com base neste tipo de observação foi construído o vídeo abaixo que descreve a estrutura geral das células. Confira! Descrição do vídeo: Inicia-se o vídeo focalizando o paramécio em movimento, segue-se descrevendo o núcleo, o DNA e as organelas. Após isso faz-se uma síntese sobre a estrutura geral de células eucarióticas. Na sequência é realizada uma exposição da estrutura de uma célula procariótica através de animação. Como você pode ver o paramécio, como qualquer célula eucariótica, apresenta núcleo delimitado pelo envoltório nuclear (antigamente chamado carioteca), membrana plasmática e citoplasma. Agora que você já conhece e um pouco melhor o paramécio, vamos observar com mais detalhes a sua estrutura celular. Na figura abaixo estão representadas as principais partes de sua célula, que é uma célula eucariótica. MEMBRANA PLASMÁTICA A membrana plasmática é Em síntese, a membrana uma película formada por lipídios e plasmática permite e entrada e a proteínas que envolve o citoplasma, saída de moléculas necessárias separando a célula do ambiente para externo e regulando as substâncias impede a saída de moléculas que que entram e saem da célula. Por necessitam permanecer no interior isso celular, bem como não permite e se diz que ela permeabilidade exemplificado membrana tem seletiva, no detalhe plasmática da funcionamento entrada de celular, moléculas da desnecessárias ou que em um figura dado momento não sejam úteis anterior e descrita na figura a seguir com mais detalhes. o para a célula. Como as moléculas atravessam a membrana? Poucas moléculas conseguem atravessar pela parte lipídica - veja na figura ao lado lipídios. a bicamada A maioria compostos que de dos entram e saem da célula atravessam a membrana pelas proteínas. Portanto, as proteínas funcionam como “portas” que permitem a entra e saída de moléculas específicas. Entram e saem das células centenas de tipos diferentes de moléculas. Para cada tipo existe pelo menos uma proteína transportadora específica, a qual estar em muitas cópias na membrana. Imagine quantidade de proteínas transportadoras que existem em uma membrana plasmática! No paramécio membrana plasmática é contínua ao redor dos cílios No paramécio a membrana luva, como representado na figura plasmática é contínua ao redor dos abaixo. Os cílios são responsáveis cílios, que são prolongamentos pela locomoção deste protozoário. celulares semelhantes a dedos de Existem outros protistas que são ciliados. Veja aqui o movimento dos cílios! Todas as células apresentam cílios? A maioria das células não possui cílios na sua superfície. As superfícies celulares podem ser lisas, como a do eritrócito, ou apresentarem projeções celulares (que não são cílios) como o linfócitos (veja ao lado) além de ondulações formatos muito variados como os neurônios. NÚCLEO CELULAR A figura ao lado mostra células eucarióticas animais observadas em tipo de microscópio que produz imagens fluorescentes. Observe os núcleos corados em azul. Note o citoplasma repleto de filamentos que fazem parte do citoesqueleto celular. O citoesqueleto está presente em todas as células eucarióticas, é responsável pelo formato celular, pelos movimentos celulares e também confere à célula a capacidade de resistir à forças mecânicas, entre outras funções. O DNA localiza-se no interior do núcleo O DNA contém as informações para a formação das estruturas necessárias para o funcionamento da célula de todos os seres vivos. Isso se resulta nas características dos indivíduos. As células eucarióticas apresentam o núcleo delimitado pelo envoltório nuclear, formado por duas membranas. Observe na figura abaixo que em vários pontos essas membranas se fundem formando poros ao longo de todo o envoltório nuclear. Através dos poros acontece o transporte de moléculas entre o núcleo e o citoplasma. O envoltório nuclear apresenta ribossomos aderidos a sua membrana externa. No interior do núcleo está presente um corpúsculo denominado nucléolo, no qual acontece a síntese de ribossomos. A maior parte do núcleo é preenchida pelo DNA. Veja na figura a seguir um detalhamento de como o DNA está organizado dentro do núcleo. O DNA não está sozinho! Está associado com proteínas formando filamentos de diferentes espessuras. O núcleo é preenchido com estes filamentos, como você pode verificar na figura acima, os quais se dobram muitas vezes, podendo enrolar-se sobre si mesmos. Esses filamentos são chamados filamentos de cromatina e constituem os cromossomos em um estágio no qual se encontram muito finos não sendo visíveis em uma célula que não está se dividindo. Durante a divisão celular esses filamentos se condensam, encurtam e ficam espessos, formando cromossomos condensados que passam a ser visíveis individualmente através do microscópio. AS ORGANELAS NOS CITOPLASMA IMPORTANTE! O citoplasma de todas as células é repleto de organelas. Os desenhos que você vê em livros e outros materiais didático, com a animação abaixo, para facilitar a compreensão são esquemáticos e não representam a quantidade de organelas presentes em uma célula. Confira o citoplasma abarrotado de organelas clicando aqui! Todas as granulações que você observa nesta no interior destas células são organelas. Vamos conhecer um pouco mais as organelas? Clique na imagem abaixo e acesse uma célula interativa e...divirta-se! As organelas que você acabou de ver estão presentes em todos os tipos de células. Além destas, algumas células podem ter organelas específicas que desempenham funções somente naquela célula. Parte 2 células eucarióticas que formam os animais “Células animais” Os animais são organismos pluricelulares, isto é, se compõem de muitas células. Os seres humanos apresentam aproximadamente setenta e cinco trilhões de células. As células que compõem os construção de uma parede de tijolos. animais são chamadas de “células Cada animais”. Agrupadas formam tecidos representa (epitelial, e tecidos nos quais as células estão nervoso) que, em conjunto, formam muito juntas, firmemente aderidas órgãos. Os conjuntos de órgãos que umas as outras. conjuntivo, muscular desempenham uma atividade em comum formam exemplo, o sistemas. célula. analogia, Existem Em outros as células estão mais distantes, mas aderidas a uma matriz entre elas. Por analogia com a intestinos, parede de tijolos, neste caso matriz pâncreas, fígado e vesícula biliar representa o cimento o qual está em formam grande quantidade entre as células, estômago, o sistema de uma nesta boca, esôfago, conjunto Por tijolo, digestório. A formação dos tecidos é semelhante à A mostra porção esôfago figura ao uma pequena de lado epitélio do observado ao microscópio de luz, corado aqui em rosa. Observe que as células estão muito aderidas umas as outras e que mudam de forma ao longo do epitélio, podendo também apresentar diferentes tamanhos. distanciando-as umas das outras. Em alguns casos, como no sangue, as células estão imersas em uma fração líquida e não aprestam ligações entre elas. Veja isso melhor em um vídeo que mostra os eritrócitos se movimentando no sangue. Clique AQUI! Observe imagem abaixo de células do sangue obtida através do microscópio eletrônico. Note a quantidade de células presente nesse fragmento microscópico! Você já parou para pensar na imensa quantidade de células que circula no sangue nos organismos animais? Quais as estruturas presentes em uma célula animal? As células de animais apresentam as mesmas estruturas básicas observadas em nosso modelo de organismo unicelular, o paramécio, visto anteriormente: membrana plasmática, citoplasma e núcleo. Veja a figura: Observe as organelas, que são estruturas delimitadas por membrana, dentro das quais acontecem reações essenciais para o funcionamento celular. Veja que o citoplasma está repleto delas. Confira essas estruturas na imagem que você acessa no próximo link, de um plasmócito*, obtida através de microscopia eletrônica. Neste tipo de microscopia a imagem formada é em tons de cinza. Note que todos os espaços do citoplasma da célula apresentam variações de tons de cinza indicando que não há espaços “vazios”. Portanto, o citoplasma está completamente preenchido com as organelas, ribossomos e proteínas citoplasmáticas. *O plasmócito é uma célula produtora de anticorpos, fundamentais para a defesa dos animais. Acesse aqui a imagem de um plasmóctio! A estrutura maior arredondada no centro da célula é o núcleo. Observe que ele apresenta regiões mais escuras e regiões mais claras, ambas correspondendo à cromatina. Chama a atenção o citoplasma preenchido com organelas, com grande quantidade de retículo endoplasmático rugoso. 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. Clique AQUI para conhecer algumas delas. Parte 3 As células eucarióticas que formam as Plantas “Células Vegetais” As células vegetais possuem todas as estruturas das células animais, com exceção dos centríolos. Além disso, apresentam parede celular, vacúolos e cloroplastos, estruturas que as células animais não apresentam. Vamos analisar 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? Clique na figura e veja os seus cloroplastos se movimentando 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, entre outras. A parede celular Sua principal função é conferir resistência e proteção celular. Graças a ela as células vegetais podem ficar expostas à água e não se rompem. É formada por celulose, um polímero de glicose que não é digerido nos animais. Devido 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: As células vegetais, além de serem essenciais para vida no planeta, formam organismos belíssimos, que nos proporcionam uma variedade de emoções agradáveis. Confira! Clique aqui! Parte 4 As células pROCARIÓTICAS O que são células procarióticas? São as bactérias e estão disseminadas no solo, na água, no ar, nas rochas e associados a organismos pluricelulares. Em humanos existem bactérias que normalmente estão associadas à pele e não causam doenças. Outras, por sua vez, podem causar doenças e infecções. Por exemplo, a bactéria Propionibacterium acnes é uma bactéria anaeróbia, que usa as secreções produzidas pelas glândulas sebáceas para o seu crescimento levando à inflamação dos folículos pilosos, resultando em lesões popularmente chamadas de espinhas ou acnes. As bactérias 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! Este vídeo é um clássico produzido em 16mm no ano de 1950 por David Rogers da Vanderbilt University, USA, portanto sem os recursos tecnológicos atuais. Tem sido extensivamente usado ao longo da história da biologia celular. Devido ao fato de serem muito pequenas, as células procarióticas são mais bem visualizadas ao microscópio eletrônico como mostra a figura ao lado. Neste caso as bactérias foram ampliadas 20.000X. As células procarióticas apresentam as estruturas qualquer genético, básicas célula: de material Staphylococcus aureus observado através de microscopia eletrônica de varredura, colorida artificialmente. Imagem de domínio público. Autora da foto: Janice Haney Carr membrana plasmática e citoplasma. No citoplasma apresentam ribossomos mas nenhuma organela membranosa presentes das células eucarióticas. Além desses componentes também apresentam parede celular, com exceção de um tipo de bactérias muito pequenas denominadas micoplasmas. Membrana plasmática quais Nucleóide O cromossomo bacteriano é se envolvidas concentram no formado por DNA circular. No interior energia. da célula bacteriana ele se enrola Parede celular sobre si mesmo e se associa a Protege proteínas específicas formando uma região chamada nucleóide, enzimas fornecimento a célula de e é citosol e responsável pelo seu formato. sem membrana ao seu redor, em contato direto com o citoplasma. O DNA das Citoplasma Formado pelo células procarióticas tem as mesmas ribossomos. A célula bacteriana não funções das células eucarióticas, ou apresenta nenhuma das organelas seja, envoltas por membrana presentes armazenar a informação nas células eucarióticas. Portanto, genética. exceto as reações da síntese de Membrana plasmática proteínas Além de desempenhar as funções de delimitação celular e permeabilidade seletiva, como em qualquer célula, a responsável por importantes reações relacionadas ao fornecimento de energia para a célula. Em alguns tipos de bactérias pode fazer acontecem todas as nos demais reações necessárias para manter a célula viva acontecem no citoplasma. membrana plasmática nas bactérias também é bioquímicas ribossomos, que invaginações denominadas mesossomos que se projetam para o citoplasma, nas 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 observadas. Veja na figura abaixo a representação de uma bactéria que apresenta todas as estruturas. Estrutura da célula procariótica. Para que serve o flagelo? As bactérias que apresentam flagelos podem se locomover em meio líquido. Veja! Para que serve a cápsula? A cápsula é uma substância gelatinosa que recobre a parede celular que algumas bactérias apresentam e tem importante função na adesão, entre outras. 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. Analise a placa bacteriana! Veja o que ela pode causar! Para prevenir e eliminar a placa bacteriana é necessário usar o fio dental e realizar a escovação dos fato longa data como você de conhecido, dentes, pode observar na figura ao lado. Ao escovar os dentes as bactérias são varridas e os dentes limpos. permanecem É necessário também escovar a língua e a as bochechas para evitar o mau-hálito. Uma boa higiene bucal também assegura melhores condições de saúde para todo o corpo. Relação dos links inseridos no texto O nosso maravilhoso mundo - https://www.youtube.com/watch?v=auSo1MyWf8g A pequena “fortona” - https://www.youtube.com/watch?v=-n8nbL2ZBBU Peixes nadando - http://www.youtube.com/watch?v=2fE2gIARQWA Vídeo mostrando movimentos da ameba - https://www.youtube.com/watch?v=rAkzrXxS2tI&index=5&list=PLJYr_JA9Jjd5jov06IHf89D_9Zg M1WEfa Vídeo mostrando movimentos do paramécio https://www.youtube.com/watch?v=jl0TzaWUQWk Vídeo mostrando movimentos da vorticela https://www.youtube.com/watch?v=Wzk7SNLRJ5Y&index=73&list=UUSmHY6talDGGilztQgfhCA Texto sobre o reino protista - http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Reinos/bioprotista.php Paramécio realizando a fagocitose - https://www.youtube.com/watch?v=-2zhaJAOdsw Neutrófilos fazendo fagocitose - https://www.youtube.com/watch?v=ygkvXT1BmaA Macrófagos fazendo fagocitose - https://www.youtube.com/watch?v=KZYqID_IYEc Obtenção do paremécio http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/visualizacaoparamecium.htm Vídeo didático Estrutura das Células baseada no paramécio https://www.youtube.com/watch?v=rkS6_B-eOnY Movimentos em outros protistas que são ciliados https://www.youtube.com/watch?v=Vbdr9lVM4j4 Eritrócitos se movimentando no sangue - https://www.youtube.com/watch?v=ss6qVEKZlw Animação da estrutura do neurônio - http://vimeo.com/12977946 Estrutura do cromossomos condensado - http://catholiclane.com/wpcontent/uploads/chromosomes.jpg Vídeos mostrando o o citoplasma de células vivas abarrotado de organelas https://www.youtube.com/watch?v=N6T8Dgd-Xkk&list=UUSmHY6talDGGilztQgfhCA&index=12 Animação interativa 3D da estrtura das células http://3d.cl3ver.com/11VrPc Figura do sistema digestório http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f8/Digestive_system_diagram_pt.svg. Atlas interativo sobre tecidos animais - http://www.nuepe.ufpr.br/blog/atlas/ Eritrócitos se movimentando no sangue - https://www.youtube.com/watch?v=cKX2gAJX7jo Imagem em microscopia eletrônica de um plasmóctio http://www.cellimagelibrary.org/images/10773 Diferentes tipos de células animais - http://www.nuepe.ufpr.br/blog/wpcontent/uploads/2014/11/As-c%C3%A9lulas-animais-n%C3%A3o-s%C3%A3o-iguais.pdf Movimento dos cloroplastos https://www.youtube.com/watch?v=BB5rvjZzgFU Flores desabrochando https://www.youtube.com/watch?v=_pc3W4fsJc8&list=UU90jCKAoHenkVl9aCkIO7UQ Bactérias que normalmente estão associadas à pele - http://blog.pharmacymix.com/wpcontent/uploads/2010/05/skin_bacteria.jpg Bactéria Propionibacterium acnes , causadora da acne https://lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=Staphylococcus+Epidermidis&lang=3 Neutrófilo perseguindo bactérias https://www.youtube.com/watch?v=phkSRD1ewqE Bactérias se movimentando graças ao flagelo https://www.youtube.com/watch?v=891M1TH99_8 Para prevenir e eliminar a placa bacteriana é necessário usar o fio dental e realizar a escovação https://www.youtube.com/watch?v=RGNBm70EWIk dos dentes, fato de longa data conhecido, como