introdução a biologia celular

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INTRODUÇÃO A
BIOLOGIA CELULAR
Thiago Campos Monteiro
UFMS / CPCS
Créditos: Profa Elisângela de Souza Loureiro
Origem e Evolução da
Vida
Teorias Sobre a Origem da Vida
1. Geração espontânea (abiogênese)
A vida se origina de material não vivo (Aristóteles,
sec. IV).
2. Criação especial ou criacionismo (Idade Média)
► A vida foi criada por um poder sobrenatural.
3. Teoria cosmozóica
►O protoplasma, em forma de esporos resistentes,
teria chegado a Terra de outro ponto do universo.
4. Teoria naturalista (biogênese)
A vida se originou na Terra pela combinação
progressiva de pequenas moléculas em moléculas orgânicas
mais complexas.
Francisco Redi - século XVII
A vida se originou na Terra pela combinação
progressiva de pequenas moléculas em moléculas orgânicas
mais complexas.
Como essas
moléculas
apareceram?
Origem do Universo
• Surgimento com uma grande explosão:
- Big Bang
- 13,3 e 13,9 bilhões de anos
Origem da Terra
• 4,6 bilhões de anos
• Explosão criou uma nuvem de poeira e
gases
• A poeira foi se condensando em grãos
sólidos
• Os grãos se transformaram em fragmentos
de rochas cada vez maiores
• Um deles evoluiu e se transformou na Terra
• Tudo com o auxílio de grandes reações
químicas
• A gravidade reteve gases (amônia,
metano, gás carbônico e vapor
d’água) constituindo uma atmosfera
primitiva
• A condensação do vapor d’água
originava tempestades e chuvas que
caiam sobre a crosta quente (quente
por causa de erupções vulcânicas)
Sinais de Vida
• 3,5 bilhões de anos
• As tempestades constantes formaram os
primeiros mares
• Terra primitiva + chuvas + descargas
elétricas→ sopas orgânicas
• Surgimento dos COACERVADOS
→ aglomerados de proteínas
circundados por uma película de H2O
COACERVADOS
- proteínas circundados por uma película de H2O
Teoria de Oparin: existiam coacervados formados de diversas maneiras.
• Pode-se caracterizar os primeiros
seres vivos como:
- simples
- unicelulares
- heterótrofos
- fermentadores
- anaeróbicos
Célula Procarionte
E como se deu a passagem do
estado de uma simples “sopa
orgânica”para o aparecimento
de formas celulares
organizadas?
Definições da Biologia Celular
Organismos vivos
possuem um plano único de organização
Aristóteles (Antiguidade,
300 a.C.)
Paracelsus (Renascimento, séc. XV e XVI)
“Todos os animais e plantas, por mais complexos que sejam,
são constituídos por poucos elementos que se repetem em
cada um deles”
estruturas macroscópicas = folhas, membros
Introdução à Biologia Celular
Citologia (do grego kytos = célula e logos = estudo): é a
parte da biologia que estuda a célula.
As células são as unidades funcionais e estruturais
básicas dos seres vivos!
História da Biologia Celular
Robert Hooke - 1665
“a constituição da cortiça analisada através
de lentes de aumento”
Percebeu que a cortiça era formada por
numerosos compartimentos vazios.
A esses compartimentos ele deu o nome de
célula, palavra diminutiva do latim cella que
significa cavidade.
História da Biologia Celular
Brown - 1831 - descoberta do núcleo
Conceito de célula: massa de protoplasma limitada por uma
membrana celular e possuindo um núcleo.
Schleiden - 1838 (estrutura dos tecidos vegetais)
Schwann - 1839 (estrutura dos tecidos animais)
“Teoria Celular”
-Todos os organismos são compostos de uma ou mais células
- A célula é a unidade estrutural da vida
Virchow - 1855: médico alemão
As células podem surgir somente por divisão de uma célula
pré-existente.
Todo ser vivo origina-se de células pré-existentes (Biogênese)
Todo metabolismo ocorre em nível celular
Toda célula possui material genético (DNA/RNA)
Eduard Strasburger - 1880: Primeiros desenhos de células em
divisão (célula ciliada de flor de Tradescantia)
- Flemming, 1880 (mecanismo da mitose)
- Waldeyer, 1890 (divisão precisa dos cromossomos)
~ 1900 - Versão moderna da “Teoria celular”
1) as células são as unidades morfológicas e
fisiológicas de todos os organismos vivos;
2)
as propriedades de um dado organismo
dependem daquelas de cada uma de suas
células;
3) as células originam-se somente de outras
células, das quais herdam suas características;
4) a menor unidade da vida é a célula.
Os níveis de organização da vida
Desenvolvimento da Microscopia
Invenção de lentes de aumento: levou ao descobrimento
do mundo microscópico.
500 a.C. – Confúcio, China: pedras cortadas e
utilizadas como instrumento óptico.
1000 d.C. – Monges árabes, “pedra da leitura”,
“lupa primitiva”
1270 d.C. – Marco Polo, chineses idosos utilizando
“óculos” para leitura.
Final Séc. XIII – Veneza, armação com um par de lentes.
Desenvolvimento da Microscopia
Invenção de lentes de aumento
levou ao descobrimento do mundo microscópico
A invenção do microscópio
Microscópio óptico
Microscópio eletrônico
A invenção do microscópio: final do século XVI Hans Janssen e
Zacharias Janssen (fabricantes de óculos)
Leeuvenhoek (1632-1723)
Observação de células livres
• Microscópio óptico (até 2000 vezes);
• Microscópio eletrônico (até 500 mil vezes).
Microscópios:
Microscópio Óptico (MO) = aumento de até 2.000x
observação
células
vivas
(“a
fresco”)
ou
mortas
(“fixadas”).
Podem
ser
utilizados
estruturas celulares.
corantes
para
realçar
as
Microscópio Óptico
Microscópio Eletrônico (ME) – aumento de até 160.000 x.
Pode-se observar a ultra-estrutura celular.
Bactéria
Escherichia coli
- aumento de
10.000x
Piolho moderno
(Pediculus humanus)
visto ao microscópio
eletrônico
Por que microscopia eletrônica?
Devido a utilização do elétron como fonte de
iluminação da amostra.
Por que utilizar o elétron?
O elétron apresenta um menor comprimento de
onda, o que permite uma melhor resolução. Luz
visível 8 x 10-7, elétron 5x 10-12.
d= k / n sen
= comprimento de onda
Fonte : Prof Eduardo Alves (DFP/UFLA)
REQUISITOS PARA O
FUNCIONAMENTO DE M.E.
• Uma fonte de elétrons – filamento
tungstênio (na maioria dos aparelhos).
de
• Alto vácuo - Bomba de vácuo.
• Lentes eletrônicas – Campo magnético com
arame de cobre e ferro doce.
Sistema de iluminação
CÁTODO
FILAMENTO
ÂNODO
MET
MEV
Resolução
RESOLUÇÃO - menor distância discernível
entre 2 pontos
Resolução teórica:
- Olho humano- 0,1 mm
- Microscopia de luz- 200 nm (0,002 mm)
- Microscopia Eletrônica de Varredura 10A
- Microscopia Eletrônica de Transmissão 1-2 A
Conversão de unidades
1 m = 10dm = 100 cm = 1.000 mm
= 1.000.000 (1 x 1006) µm
= 1.000.000.000 (1 x 1009) nm
= 10.000.000.000 (1 x 1010) Å
COMPARAÇÃO DA RESOLUÇÃO AO
MICROSCÓPIO DE LUZ E ELETRÔNICO
Magnificação ou aumento
Aumento ou magnificação = maior diâmetro do
objeto.
- Aumento
-Resolução
Interação elétron/amostra
Para entender como funciona um ME temos que
compreender o que ocorre quando um feixe de
elétrons interage com átomos da amostra.
-elétrons transmitidos
-elétrons retro-espalhados
-elétrons absorvidos (força eletromotriz)
-elétrons secundários e raio X
Efeito da Interação elétron/amostra
TIPOS DE MICROSCOPIA
• MICROSCOPIA DE LUZ ou FOTÔNICA
• MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA
• MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA: Utiliza elétrons
secundários, retro-espalhados e raios X para gerar a imagem através
da varredura das amostras. Temos também a varredura de
tunelamento e força atômica e a laser confocal que são também de
varredura.
• MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE TRANSMISSÃO: Utiliza elétrons
transmitidos para gerar imagens e Catoluminescência para visualizar
a imagem.
Lupa
Microscopia luz ou fotônico
Microscópio estereoscópio
com sistema de fluorescência
Microscópio de luz ou fotônico
Microscópio de
Epifluorescência
Epifluorescência
Microscopia Eletrônica de
varredura
• Utiliza elétrons secundários,
retroespalhados e raio X para gerar as
imagens.
Microscópio eletrônico de varredura
Emissor de elétrons
Lente magnéticas
Feixe defletor
Gerador de
varredura
Bobina magnética
com objetivas
Vídeo
elétrons
Detector
espécimes
-Imagens de superfície (1 a 6 μm);
-Varredura: bobinas defletoras;
-Alto vácuo;
-Elétrons secundários ou retroespalhados;
-Ddp entre catodo e anodo;
-Aumento de 10 – 100.000 x
-Resolução máxima: 10 nm depende das:
• espessura do feixe,
• interação do feixe com amostra,
• velocidade de varredura.
Pulga
Cabeça de uma mosca doméstica
Mitocôndria
MEV
Microscopia eletrônica de
Transmissão
• Utiliza elétrons transmitidos para gerar
imagens
Microscópio eletrônico de transmissão
-Formação de imagem semelhante ao MO;
-Amostras finas 500 a 5.000Å;
-Os elétrons atravessam amostra e
incidem em uma tela fluorescente, chapa de filme
fotográfico, ou dispositivo CCD;
-Alto vácuo (0,001 a 0,0000001 mmHg);
-Ddp entre catodo e anodo: 40.000 – 100.000 V;
-Aumento de 1.000 – 200.000 x;
-λ: 0,01 – 0,001 nm;
-Resolução máxima 0,5-0,2 nm = 500x m.óptico =10 Å.
Vírus da dengue em célula infectada
Complexo de Golgi
MET Zeiss EM 109
COMPARAÇÃO ENTRE MICROSCÓPIOS
ÓPTICOS E ELETRÔNICOS
Microscópio Óptico
(Invertido)
Microscópio Eletrônico de
Transmissão (TEM)
Microscópio Eletrônico de
Varredura (SEM)
Diferenças das imagens de MEV e
MET (estereocílio de uma célula pilosa
do ouvido)
Para pensar!
Material aula
• OBRIGADO PELA ATENÇÃO

introdução a biologia celular

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