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2 Leeuwenhoek construiu vários microscópios de uma única lente, chamados microscópios simples. Hooke utilizou um microscópio composto, formado por duas lentes de aumento: a ocular (voltada para o olho humano) e a objetiva (voltada para o objeto a ser analisado), ambas associadas a um tubo. Os objetos eram iluminados com luz, e por isto esse tipo de microscópio é chamado microscópio de luz ou óptico. 2

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4 Em 1665, Hooke observou delgadas fatias de cortiça (tecido vegetal morto) e constatou que eram formadas por pequenos compartimentos, os quais denominou de células, termo que significa pequenas celas (saletas). Por essas observações, Hooke é considerado o descobridor das células. No entanto, o que ele observou era, na realidade, as paredes celulares que delimitam as células da cortiça. As paredes celulares são resistentes e persistem mesmo após a morte das células. 4

5 As primeiras observações de células vivas foram feitas em 1673 por Leeuwenhoek, que até 1723 continuou descrevendo detalhes de organismos unicelulares presentes na água e, curiosamente, também em material retirado de seus dentes. Na época, Leeuwenhoek chamou esses microorganismos de animálculos. Hoje sabemos que são especificamente bactérias, fungos e protozoários presentes na água e bactérias comuns nos dentes. Os microscópios de Leeuwenhoek permitiam aumento de 200 ou até de 300 vezes. 5

6 Após os trabalhos de Hooke e Leeuwenhoek, o estudo microscópico dos seres vivos prosseguiu e, em 1838, dois pesquisadores alemães, Matthias Schleiden, e Theodor Schwann, estudando tecidos vegetais (Schleiden) e animais(schwann), formularam a Teoria celular. Segundo esta teoria, todos os seres vivos são formados por célula. A célula é, portanto, a unidade morfológica e funcional dos seres vivos. 6

7 MO= microscópio óptico As primeiras análises de células ao microscópio de luz permitiram concluir que elas são formadas por uma região de natureza viscosa, gelatinosa, que recebeu o nome de citoplasma (cito = célula; plasma = fluido). Observando que o citoplasma não se mistura com o meio, a não ser que a célula seja rompida, os cientistas concluíram que ele é delimitado por uma membrana, não-visível ao microscópio de luz, que foi denominada membrana plasmática. Imersa no citoplasma observa-se uma estrutura de forma variável, mas geralmente arredondada ou ovalada, que recebeu o nome de núcleo. Esse nome deveu-se ao fato de que essa estrutura seria o centro fundamental para todas as atividades das células. Na época concluiu-se que todas as células seriam formadas por três partes fundamentais: membrana plasmática, citoplasma e núcleo. Ao microscópio de luz também é possível observar certos componentes imersos no citoplasma. Algumas das diversas estruturas celulares puderam ser observadas de forma mais evidente a partir do século XIX, com o uso de corantes especiais. Entretanto, a estrutura detalhada da célula só começou a ser bem compreendida a partir do advento dos microscópios eletrônicos. 7

8 O estudo detalhado das estruturas celulares tem sido cada vez mais apurado graças aos microscópios eletrônicos. Eles permitem observar as células com aumentos superiores a vezes. Esses aumentos só são possíveis porque os microscópios eletrônicos utilizam feixes de elétrons acelerados em substituição aos feixes de luz utilizadosnos microscópios de luz. O primeiro microscópio eletrônico foi desenvolvido na década de 1930 pelo cientista alemão Ernst Ruska; desde então, esses aparelhos têm sido cada vez mais aperfeiçoados. Nos primeiros microscópios eletrônicos analisava-se a estrutura das células cortadas em fatias muito delgadas. Essa técnica é empregada até hoje e esses microscópios são chamados microscópios eletrônicos de transmissão. Na década de 1960, desenvolveuse outro tipo de microscópio eletrônico que permite analisar a superfície externa de células e de organismos, sem precisar cortá-los em fatias. É o microscópio eletrônico de varredura. Mais recentemente desenvolveu-se o microscópio eletrônico de varredura por tunelamento, que tem permitido analisar a superfície de moléculas, como a do DNA (ácido desoxirribonucleico), que contém as informações genéticas dos seres vivos. Os inventores desse microscópio, os físicos alemães Gerd Binning e Heinrich Roher, dividiram com Ruska o prêmio Nobel de Física em

9 Para exemplificar, observe as imagens a seguir, que mostram espermatozoides analisados aos microscópios de luz (microscópio óptico ou MO), eletrônico de varredura (MEV) e eletrônico de transmissão (MET). 9

10 Medidas usadas no estudo das células A maioria das células é microscópica. Sendo a célula pequena e as estruturas que ela contém menores ainda, há necessidade de se estabelecerem unidades de medidas apropriadas. O sistema mais utilizado para medidas é o sistema métrico. O metro é a unidade básica e em função dele derivamos as demais unidades de medida. Para medir objetos ou estruturas pequenas, empregamos submúltiplos do metro. Em citologia, os principais submúltiplos são: milímetro (mm) = metro dividido por mil: 1 mm = 10 3 m ou 0,001 m; micrômetro ( m) = metro dividido por milhão: 1 m = 10 6 m ou 0, m; nanômetro (nm) = metro dividido por bilhão: 1 nm = 10 9 m ou 0, m. 10

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12 Microscópio e poder de resolução A capacidade de distinguir dois pontos muito próximos um do outro chamamos de poder de resolução. Se dois pontos estiverem separados por uma distância igual ou superior a 0,1 mm, o olho humano será capaz de distingui-los. Sendo a distância menor que 0,1 mm, veremos apenas um único ponto, isto é, a imagem perde a nitidez. Por isto dizemos que o poder de resolução do olho humano é da ordem de 0,1 mm. O microscópio óptico comum é um instrumento formado por um sistema de lentes com poder de resolução cerca de 500 vezes maior que o do olho humano, sendo da ordem de 0,2 m. Com esse aumento podemos ver as células e algumas de suas estruturas internas. Assim, através do microscópio óptico, podemos aumentar a imagem de um objeto em cerca 40 até vezes, sem que ele perca a nitidez. Com o advento do microscópio eletrônico, o poder de resolução foi aumentado cerca de vezes em relação ao microscópio óptico. Os microscópios eletrônicos têm poder de resolução próximo a 2 Å, cerca de vezes maior que o do olho humano. É importante salientar a diferença entre poder de resolução e poder de aumento. Se você ampliar várias vezes uma mesma fotografia comum, a imagem aumenta, mas os pontos separados por menos de 100 m continuarão aparecendo como um só ponto borrado. Neste caso, a imagem é ampliada sem, contudo, melhorar sua resolução. Já com o microscópio, é diferente: ele nos permite observar estruturas ampliadas com resoluções maiores. Desta forma, podemos concluir que esse aparelho tem duas atribuições ou funções: ampliar a imagem e aumentaro poder de resolução do olho humano. Para que possamos observar um objeto qualquer através do microscópio óptico, este objeto precisa ser atravessado por um feixe de luz. Daí falarmos que no microscópio óptico a imagem é formada por transparência. Já com o microscópio eletrônico (como o próprio nome indica), em vez de feixes de luz, empregam-se feixes de elétrons. As áreas que permitem melhor transmissão de elétrons aparecem claras, enquanto as áreas que absorvem ou refletem os elétrons, aparecem escuras. Desta forma, objetos a serem observados em microscópios devem ser bem finos para permitirem que a luz os atravessem, ou mais finos ainda para permitirem que os feixes de elétrons os atravessem. 12

13 A célula é a unidade que constitui os seres vivos, podendo ocorrer isoladamente, nos seres unicelulares, ou formar arranjos ordenados, os tecidos, que constituem o corpo dos seres pluricelulares. Em geral, os tecidos apresentam quantidades variáveis de material extracelular, produzidos por suas células. 13

14 Com o uso dos microscópios eletrônicos de transmissão, a estrutura das células começou a ser desvendada, revelando que nem todas apresentam membrana, citoplasma e núcleo. Existem células estruturalmente mais simples, presentes nas bactérias e cianobactérias, que são formadas por membrana, citoplasma e nucleoide, não havendo núcleo diferenciado. Distinguiram-se então dois tipos básicos de células: as procariontes (proto= primeiro, primitivo; karyon = núcleo), que não têm núcleo diferenciado, e as eucariontes (eu = verdadeiro; karyon = núcleo), que possuem núcleo diferenciado. A estrutura dos diferentes componentes das células foi e ainda está sendo desvendada. 14

15 Um vírus não e capaz de se multiplicar, exceto quando parasita uma célula de cujas enzimas se utiliza para a síntese das macromoléculas que vão formar novos vírus. Eles não possuem todas as enzimas e nem as estruturas necessárias para a fabricação de outros vírus. São, portanto, parasitas intracelulares obrigatórios. Na verdade, os vírus são parasitas moleculares, pois induzem a maquinaria sintética das células a sintetizar as moléculas que vão formar novos vírus em vez de produzir moléculas para a própria célula. Os vírus que atacam as células animais não atacam as vegetais, e vice-versa. Distinguem-se, pois, os vírus animais e os vírus vegetais. Há, porém, alguns vírus vegetais que, invadindo-as, multiplicam-se nas células de insetos disseminadores desses vírus de uma planta para outra. Os vírus das bactérias são chamados bacteriófagos, ou simplesmente fagos. 15

16 Cada vírus é formado basicamente por duas partes: (1) uma porção central que leva a informação genética, isto é, o material genético constituído de ácido ribonucleico (RNA) ou desoxirribonucleico (DNA), no qual estão contidas, em código, todas as informações necessárias para a produção de outros vírus iguais; e (2) uma porção periférica (capsídeo), constituída de proteínas, que protege o ácido nucleico, possibilita ao vírus identificar as células que ele pode parasitar e, em certos vírus, facilita a penetração nas células. Alguns vírus contêm ácido ribonucleico (RNA), enquanto outros contêm ácido desoxirribonucleico (DNA). Os dois tipos de ácidos nucleicos jamais estão presentes no mesmo tipo de vírus. 16

17 Certos vírus maiores e mais complexos apresentam um invólucro lipoproteico. A parte lipídica desse invólucro origina-se das membranas celulares. Mas as proteínas são de natureza viral, isto é, são codificadas pelo ácido nucleico do vírus. 17

18 As células procariontes caracterizam-se pela pobreza de membranas. Nelas, geralmente a única membrana presente é membrana plasmática. Ao contrário das células eucariontes, as procariontes não possuem membranas separando os cromossomos do citoplasma. Os seres vivos que têm células procariontes são denominados procariotas, compreendendo principalmente as bactérias (as cianofíceas, ou algas azuis, também são bactérias) e as arqueobactérias. A célula procarionte mais bem estudada é a bactéria Escherichia coli, que, por sua simplicidade estrutural e rapidez de multiplicação, revelou-se excelente para estudos de biologia molecular. A E. coli tem a forma de bastão, com cerca de 2 m de comprimento e é separada do meio externo por uma membrana plasmática semelhante à que envolve as células eucariontes. Por fora dessa membrana existe uma parede rígida, com 20 nm de espessura, constituída por um complexo de proteínas e glicosaminoglicanas. A parede tem sobretudo função de proteção mecânica. No citoplasma da E. coli existem ribossomos ligados a moléculas de RNA mensageiro, constituindo polirribossomos. Encontram-se, em geral, dois ou mais cromossomos idênticos, circulares, ocupando regiões denominadas nucleoides e presos a pontos diferentes da membrana plasmática. Cada cromossomo, constituído de DNA não-associado a histonas, tem espessura de 2 nm e comprimento de 1,2 mm. As células procariontes não se dividem por mitose e seus filamentos de DNA não sofrem o processo de condensação que leva à formação de cromossomos visíveis ao microscópio óptico, durante a divisão celular. O citoplasma das células procariontes em geral não apresenta outra membrana além daquela que o separa do meio externo (membrana plasmática). Em alguns casos podem existir invaginações da membrana plasmática que penetram no citoplasma, onde se enrolam, originando estruturas denominadas mesossomos. Além disso, no citoplasma das células procariontes que realizam a fotossíntese, existem algumas membranas, paralelas entre si, e associadas à clorofila ou a outros pigmentos responsáveis pela captação da energia luminosa. Outra diferença entre a célula procarionte e a eucarionte é a falta de um citoesqueleto nas células procariontes. Nas eucariontes, o citoesqueleto é responsável pelos movimentos e pela forma das células, que, muitas vezes, é complexa. A forma simples das células procariontes, em geral esférica ou em bastonete, é mantida pela parede extracelular, sintetizada no citoplasma e agregada à superfície externa da membrana celular. Essa parede é rígida e tem também papel importante na proteção da célula bacteriana, diante das variações do meio ambiente onde ela se encontra na natureza. Todavia, a diferença mais marcante entre as células procariontes e as eucariontes é a pobreza de membranas nas procariontes. O citoplasma das células procariontes não se apresenta subdividido em compartimentos, ao contrário do que ocorre nas células eucariontes, onde um extenso sistema de membrana cria, no citoplasma, microrregiões que contêm moléculas diferentes e executam funções especializadas. 18

19 Rickettsias e clamídias são células incompletas e, por essa razão, só proliferam no interior de uma célula completa. As bactérias dos grupos das rickettsias e das clamídias são muito pequenas e constituídas por células procariontes incompletas, que não possuem a capacidade de autoduplicação independente da colaboração de outras células. Como os vírus, as rickettsias e clamídias são parasitas celulares obrigatórios, pois só proliferam no interior das células completas. Todavia, as células incompletas diferem dos vírus em três aspectos fundamentais. Em primeiro lugar, os vírus contêm apenas um tipo de ácido nucleico, que pode ser o ácido ribonucleico (RNA) ou o desoxirribonucleico (DNA), enquanto as células incompletas contêm ao mesmo tempo DNA e RNA. Em segundo lugar, os vírus carregam, codificada no seu ácido nucleico, a informação genética para a formação de novos vírus, mas não possuem organelas e, por isso, se utilizam da maquinaria das células para se multiplicar. As células incompletas, ao contrário, têm parte da máquina de síntese para reproduzir-se, mas necessitam da suplementação fornecida pelas células parasitadas. Em terceiro lugar, as células incompletas têm uma membrana semipermeável, através da qual ocorrem trocas com o meio, o que não acontece com os vírus. O invólucro que alguns vírus possuem e que, em parte, é constituído de moléculas celulares, perde-se quando esses vírus penetram nas células. Provavelmente, as células incompletas são células "degeneradas", isto é, que no decorrer processo evolutivo, perderam parte das informações genéticas do seu DNA. Consequentemente, perderam sua autonomia enzimática, tomando-se dependentes das células que se conservaram completas. 19

20 Seres autótrofos (fotossintetizantes) conseguem captar energia solar, transformando-a em energia química, que fica armazenada nas moléculas orgânicas resultantes da fotossíntese. Esta energia química é fundamental para a manutenção da vida dos seres fotossintetizantes e dos não-fotossintetizantes que, direta ou indiretamente, utilizam as plantas e outros seres como alimento. Por meio de processos catabólicos (de degradação de substâncias com liberação de energia necessárias às funções orgânicas), essa energia é liberada e utilizada nas diversas funções orgânicas. 20

21 Esta é uma visão bastante simplificada de cada um dos 3 componentes principais das células eucariontes. Maiores detalhes serão dados em aulas específicas sobre cada assunto. 21

22 Existe grande variabilidade na forma das células eucarióticas. Geralmente o que determina a forma de uma célula é sua função específica. Outros determinantes da forma de uma célula podem ser o citoesqueleto presente em seu citoplasma, a ação mecânica exercida por células adjacentes e a rigidez da parede celular (no caso dos organismos autótrofos). 22

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