3ª, 4ª, 5ª e 6ª aulas

Transcrição

Aulas 3, 4, 5 e 6
BIOLOGIA
Botânica
2012/2013
Departamento de Biologia Vegetal
Francisco Carrapiço
([email protected])
http://azolla.fc.ul.pt/aulas/BiologiaBotanica.htm
l
© Biologia (Botânica) 2012/13 F. Carrapiço
Célula procariótica e célula eucariótica vegetal
Bactéria
Célula vegetal
Procariotas versus Eucariotas
Características
Procariotas
Eucariotas
Organismo (Domínio)
Archaea e Bacteria
Eukarya
Dimensão (média)
1-10 µm
10-100 µm (20-30 µm)
Metabolismo
Anaeróbico ou aeróbico
Aeróbico
Organização endomembranar
Simples, resultante de invaginações da
membrana plasmática
Complexa. Organitos celulares bem
definidos. Material genético
compartimentado.
Organização do DNA
Moléculas circulares no citoplasma
Cromossomas (unidades independentes
lineares) no núcleo
Local da síntese do RNA e proteínas
No citoplasma
RNA sintetizado e processado no
núcleo. Proteínas sintetizadas no
citoplasma
Ribossomas
70S
80S
Citoplasma
Sem citoesqueleto
Com citoesqueleto
Núcleo
Ausente
Presente
Divisão celular
Bipartição / parassexual
Mitose ou meiose
Organização
Unicelulares, por vezes coloniais
Unicelulares ou pluricelulares e neste
caso com diferenciação em tecidos
Estruturas locomotoras
Flagelos sem microtúbulos
Cílios ou flagelos com microtúbulos
Parede celular
(quando existente)
Presença de peptidoglicano
Presença de celulose ou quitina.
Ausência de peptidoglicano
OS 3 DOMÍNIOS DA VIDA
http://scienceblogs.com/clock/2007/01/current_biological_diversity.php
Eubacteria
Archaea
Eukarya
Carl Woese, 1998
• Três domínios
• Contra a bifurcação procarionte-eucarionte
• Baseado na sua classificação de 1977 (Archaebacteria, Eubacteria, Eukarya)
1665
As origens
A Teoria Celular - 1838-39
1838
1839
Robert Hooke
(1635-1703)
Mathias-Jacob Schleiden
(1804-1881)
1683
Theodor Schwann
(1810-1882)
1855
1- Os organismos são formados por
uma ou mais células;
2- As células são as unidades
básicas da vida;
3- Cada célula provém duma célula
pré-existente;
Antoni van Leeuwenhoek
(1632-1723)
Rudolph Virchow
(1821-1910)
1ºs Microscópios Ópticos
Os instrumentos
1931
Ernst Ruska
Max Knoll
1º Microscópio Electrónico de Transmissão (MET)
Microscópio Electrónico de Varrimento (MEV)
Ao lectivo 2010/11
Adaptado de Figueiredo, A.C. et al., 1996
Quadro comparativo da microscopia óptica e electrónica
Procariontes
Escherichia coli
Oscillatoria sp.
As células vegetal e animal
Célula animal
Célula vegetal
Membrana plasmática (modelo)
Proteína
oligosacárido
Glicolípido
Fosfolípido
Proteina globular
Segmento hidrófobo
de hélice alfa
Colesterol
Membrana plasmática
Funções
Realizar funções específicas
a favor
Detectar sinais
externos
contra
Controlar o movimento de
Substâncias para dentro e
para fora da célula
Definir os limites
da célula
Membrana celular
CITOSQUELETO
http://www.cellsalive.com/channels.htm
Citosqueleto
Dinâmica dos microtúbulos
CITOSQUELETO
Rede tridimensional de filamentos proteicos que
preenche o citoplasma
Responsável por:
i) suporte estrutural para a membrana plasmática e organitos celulares
ii) movimento intracelular dos organitos e outros componentes do citosol
iii) estrutura de cílios e flagelos
iv) contracção muscular, em associação com filamentos de miosina e outras proteínas
v) mecanismos de fagocitose
vi) formação do fuso acromático na mitose
vii) reforço da membrana plasmática
Dinâmica vacuolar
Plasmólise
Continuidade dinâmica das membranas celulares
GERL
Envelope
nuclear
Vesícula secretora
Membrana
plasmatica
RE
Lisosoma
Exocitose
Regiao cis
Regiao trans
Golgi
Endocitose
Estrutura da mitocôndria
Mitocôndrias
Mitocôndrias
Retículo
endoplasmático
Retículo endoplasmático
Cloroplastos
Actividade
fotossintética
© Biologia (Botânica) 2012/13
F. Carrapiço
Peroxissomas
célula vegetal
Richard Trelease
célula animal
Núcleo
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookTOC.html
Mitose
Teoria Endossimbiótica Sequencial
1967
Lynn Margulis
(1938-2011)
(Microbiology Today, vol. 31, Nov. 2004)
Contribuição extraordinária para a reabilitação e desenvolvimento das ideias simbiogénicas aplicadas ao
mundo celular, explicando duma maneira clara e elegante a transição entre os níveis procariótico e
eucariótico da organização biológica
Antecedentes...
In 1867, Simon Schwendener (1829-1919) introduz
a hipótese dualista para explicar a natureza dos
líquenes, indicando que estes eram uma
associação de dois organismos, um fungo e uma
alga, comportando-se respectivamente como
“senhor e escravo”.
In 1878 Heinrich Anton de Bary (1831-1888)
introduz o conceito de simbiose como “a vida
conjunta de organismos diferentes”.
Líquenes
Usnea
Parmelia
alga
fungo
X
1+1=2
novo
organismo
1+1=
1
Elysia chlorotica
um animal com plastos
Este gastrópode marinho forma uma simbiose intracelular com cloroplastos
da alga Vaucheria litorea (Phylum Chrysophyta)
Rumpho M. E. et.al. PNAS (2008),105:17867-17871
Transferência horizontal de genes
de Wolbachia (endossimbionte) para eucariontes multicelulares em:
4 espécies de insectos e em 4 espécies de nemátodes
Microscopia de fluorescência, mostrando a relação Wolbachia/hospedeiro no cromossoma 2L de
Drosophila ananassae. A verde o gene WD_0484 de Wolbachia.
Dunning-Hotopp et al. (2007) Science, vol. 317: 1753-1756, 21 September
Simbiogénese
Uma nova forma de olhar a evolução
Em 1909, o biólogo russo Constantin Merezhkowsky (18551921) introduz o conceito de simbiogénese, definindo-o
como “a origem de organismos pela combinação ou
associação de dois ou mais seres que entram em simbiose”
Neste trabalho, introduz não apenas este novo conceito em biologia, como também
desenvolve importantes ideias sobre a origem da vida, nomeadamente sobre o papel
dos organismos extremófilos neste cenário evolutivo, 15 anos antes do trabalho de
Oparin.
Simbiogénese deve ser compreendida como um mecanismo evolutivo e simbiose como o
veículo, através do qual esse mecanismo se desenrola.
Pioneiros no âmbito
dos estudos
simbiogénicos
1893
Shosaburo Watasé
(1862-1929)
1907
Andrey Famintsyn
(1835-1918
1876
Albert Bernhard Frank
(1839-1900)
1917
Felix d’Hérelle
(1873-1949)
1918
Paul Portier
(1866-1962)
1878
1883
Anton de Bary
(1831-1888)
Andreas Schimper
(1856-1901)
1924
1927
Boris Kozo-Polyansky
(1890-1957)
Ivan E. Wallin
(1883-1969)
Presentemente, o trabalho desenvolvido por Lynn Margulis e
colaboradores desde o final da década de 60 do século XX, é um
importante contributo para a reabilitação e desenvolvimento das
ideias simbiogénicas.
Lynn Margulis
(1938-2011)
Comparação entre os esquemas filogenéticos de acordo com a
Teoria Sintética da Evolução (1) e o pós-Neodarwinismo (2)
1
2
Doolittle, 2000
A Célula como um Microcosmos Natural
Microcosmos naturais podem ser definidos
como
“pequenos
A célula está separada do exterior por uma
ecossistemas
membrana
parcialmente isolados”. Estes “contentores
celular,
naturais” apresentam auto-organização e
semi-permeável,
criando
um
a
membrana
compartimento
com
características próprias. Por outro lado os
uma estrutura ecológica definida. Este
fluxos de informação, energia e metabolitos que
conceito pode ser aplicado à unidade
ocorrem no seu interior, podem comparar-se
estrutural e funcional da organização
aos processos de circulação de energia e
biológica: a célula.
matéria num ecossistema. A relação entre
células pode igualmente ser enquadrada no
contexto da interacção entre ecossistemas.
“The eukaryotic cell is a co-evolved microbial community and,
therefore, more comparable to an ecological unit ...”
Lynn Margulis, 2000
De que maneira esta abordagem nos pode ajudar a
compreender melhor a origem da vida no nosso planeta e
fora dele?
 As ideias de Oparin e Haldane constituem as bases da
hipótese heterotrófica da origem da vida, tendo sido
reforçadas pelos resultados positivos da experiência MillerUrey de 1953.
 Estas abordagens formam o edifício teórico que
presentemente os investigadores utilizam para enquadrar e
pesquisar a formação da vida no domínio astrobiológico.
Aleksandr Oparin
(1894-1980)
John Haldane
(1892-1964)
 Enquanto Oparin deu prioridade evolutiva ao metabolismo,
Haldane deu à replicação, e a escolha entre estas duas alternativas
ainda hoje divide o campo das teorias sobre a origem da vida.
Stanley Miller
(1930-2007)
 Estas duas teorias foram construídas no princípio de que a
evolução era um processo estritamente Darwinista sem qualquer
envolvimento cooperativo ou sinergístico.
 Acreditamos que esta abordagem deve igualmente incluir uma
perspectiva simbiogénica, introduzindo novos conceitos que permitam
a compreensão do mundo natural num sentido mais cooperativo e
eventualmente mais próximo da realidade. Neste sentido, a expressão
convencional “sobrevivência do mais apto” não pode, nem deve, ser
aplicada na sua forma tradicional.
Em Maio de 1953 Stanley Miller publica na
revista Science…
Com esta experiência teve início uma nova etapa nos estudos sobre a origem da vida –
formação de compostos orgânicos em condições abióticas
A Primeira Grande Estratégia de Sobrevivência
 Uma estratégia cooperativa e sinergística deve ser considerada como tendo sido
determinante para o desenvolvimento da sobrevivência do mais apto,
particularmente sob condições ambientais extremas.
 Um exemplo representativo são os estromatólitos, considerados como a primeira
estratégia ecológica desenvolvida para a sobrevivência na Terra primitiva, não para
um organismo, mas para uma comunidade de organismos. Esta abordagem pode
igualmente ser aplicada à evolução pré-biótica.
Estromatólitos
 Estruturas organo-sedimentares
laminadas (maioritariamente
constituídas por CaCO3)
 Produto da actividade metabólica
de microrganismos
(principalmente de
cianobactérias)
 São o registo mais antigo de vida
na Terra. Os estromatólitos mais
antigos são os do Warrawoona,
Austrália, com 3,5 mil milhões de
anos
 Os organismos construtores de
estromatólitos são
fotossintéticos. Foram os
primeiros oxigenadores da
atmosfera e os primeiros
recicladores de carbono
Será a vida um imperativo cósmico?
Modelo Exógeno versus Modelo Endógeno
Meteoros
Condrites carbonáceas
Murchison - Austrália (1969)
Lago Tagish - Canadá (2000)
Pizzarello et al., 2001
Em 2008 foram descobertos nucleótidos de ácidos nucleicos no
meteoro de Murchison
As Células Primordiais
 A formação de sistemas protocelulares inicia-se, na nossa perspectiva, com a autoorganização de membranas primitivas em meios aquáticos criando uma barreira e definindo a
separação entre os meios exterior e interior.
 Estas membranas podiam-se formar espontaneamente no
meio pré-biótico ou mesmo em alguns corpos cósmicos. A
presença de compostos anfifílicos isolados do meteorito de
Murchison, que apresentam a capacidade de se auto-organizar
em vesículas membranares, pode indicar uma possível via de
como estes sistemas primitivos se teriam formado e evoluído.
 Nestes casos, a vida nas condições ambientais prébióticas envolveria o desenvolvimento de sistemas celulares
encapsulados com replicação em que macromoléculas
apresentariam propriedades catalíticas.
In Deamer et al. , 1994
Seremos os únicos...?
Hubble deep field

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