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Aula 1 introducao biociências

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  • 1. CITOLOGIA O estudo das células Curso de Ciências Biológicas
  • 2. O que é célula? “ A célula é considerada a menor unidade de um organismo vivo, sendo capaz de auto-duplicação independente” (Wikipedia) O que é necessário para que uma estrutura seja considerada uma célula? 1) Um programa genético específico para controlar a auto-duplicação 2) Uma membrana que delimite o seu conteúdo 3) Vias metabólicas para obtenção de energia 4) Vias metabólicas para a síntese de proteínas
  • 3. Os vírus não tem estrutura celular Vírus da gripe humana Vírus do mosaico do tabaco Bacteriófago Baculovírus atacam insetos São parasitas moleculares Não tem membrana celular Tem DNA ou RNA, nunca os dois ao mesmo tempo
  • 4. Exemplos de doenças causadas por vírus <ul><li>Hepatite </li></ul><ul><li>Gripe </li></ul><ul><li>Ebola </li></ul><ul><li>AIDS </li></ul><ul><li>Varíola </li></ul><ul><li>Herpes </li></ul><ul><li>Rubéola </li></ul><ul><li>Diarréias por rotavírus </li></ul><ul><li>Caxumba </li></ul><ul><li>Poliomielite </li></ul><ul><li>Dengue </li></ul><ul><li>Catapora </li></ul><ul><li>Febre amarela </li></ul><ul><li>Hepatites A, B e C </li></ul><ul><li>Sarampo </li></ul><ul><li>Meningite viral </li></ul><ul><li>Animais </li></ul><ul><ul><li>Gripe aviária </li></ul></ul><ul><ul><li>Diarréia bovina </li></ul></ul><ul><ul><li>Leucemia bovina </li></ul></ul><ul><ul><li>Artrite-encefalite dos caprinos </li></ul></ul><ul><ul><li>Raiva (Hidrofobia) </li></ul></ul><ul><li>Plantas - também são atacadas por vírus </li></ul>Mosaico dourado do feijoeiro Não são controladas por antibióticos Algumas podem ser prevenidas por vacinas
  • 5. As bactérias Bacilos Gram-Positivos Bacilos Gram-negativos Pneumococos Espiroquetas As bactérias tem estrutura celular REINO MONERA
  • 6. Células incompletas Rickettsias e Clamídeas <ul><li>Apresentam simultaneamente DNA e RNA na mesma célula </li></ul><ul><li>Tem membrana celular </li></ul><ul><li>Apresentam parte das vias metabólicas necessárias para reproduzir-se, mas o metabolismo é incompleto </li></ul><ul><li>Multiplicam-se dentro de outras células </li></ul><ul><li>Apresentam ribossomos </li></ul><ul><li>A divisão celular é binária (similar às bactérias) </li></ul>Clamídea na fase infectiva Rickettisias São consideradas bactérias
  • 7. Doenças causadas por <ul><li>Rickettsias </li></ul><ul><ul><li>Dermatite </li></ul></ul><ul><ul><li>Tifo </li></ul></ul><ul><ul><li>Febre das trincheiras </li></ul></ul><ul><ul><li>Febre maculosa </li></ul></ul><ul><li>Clamídeas </li></ul><ul><ul><li>Linfogranuloma venéreo </li></ul></ul><ul><ul><li>Tracoma </li></ul></ul><ul><ul><li>Conjuntivites </li></ul></ul><ul><ul><li>Psitacose </li></ul></ul><ul><ul><li>Algumas Pneumonias </li></ul></ul>Vetor Carrapatos, pulgas e piolhos Vetor Contato pessoal São controladas por antibióticos Cloranfenicol, ou tetraciclinas e macroleídeos
  • 8. Micoplasmas <ul><li>Não tem parede celular, mas tem membrana , sua forma é variável </li></ul><ul><li>Colorem-se com orceína, mas não com cristal violeta </li></ul><ul><li>São sensíveis a alguns antibióticos (Kanamicina, tilocina), mas são insensíveis à penicilina e rifampicina </li></ul><ul><li>Vários são patógenos, mas os hospedeiros podem estar assintomáticos </li></ul><ul><li>São encontrados em grande variedade de organismos vivos </li></ul><ul><li>Várias espécies fazem parte da microbiota orofaríngea humana </li></ul><ul><li>Doenças causadas </li></ul><ul><ul><li>Pleuropneumonia bovina </li></ul></ul><ul><ul><li>Pneumonia atípica primária </li></ul></ul><ul><ul><li>Doenças articulares </li></ul></ul><ul><ul><li>Doença inflamatória pélvica feminina </li></ul></ul><ul><ul><li>Uretrites não gonocócocicas masculinas </li></ul></ul><ul><ul><li>Síndrome respiratória de recém-nascidos </li></ul></ul><ul><ul><li>Síndrome da fibromialgia </li></ul></ul>
  • 9. Micoplasmas 2 <ul><li>Podem contaminar cultivos celulares </li></ul><ul><li>Atende aos 4 critérios para ser classificado como célula </li></ul><ul><li>Estão no limite de resolução do microscópio de luz </li></ul><ul><li>São geralmente parasitas da superfície celular </li></ul><ul><li>Não há vacina disponível </li></ul><ul><li>O diagnóstico depende de cultivo em laboratório </li></ul>
  • 10. Quadro comparativo Vírus Rickettsias Clamídeas Micoplasmas Bactérias Ácidos nucléicos DNA ou RNA ambos ambos ambos ambos Divisão binária - + + + + Metabolismo para obtenção de energia - + - + + Ribossomos - + + + + Replicação em meio de cultura - - - + + Tamanho (nm) 20-250 1000 300 250 700-10000 Membrana semi-permeável - + + + +
  • 11. Escherichia coli As bactérias são classificadas como PROCARIONTES São células pobres em membranas O material genético não está localizado em um compartimento separado
  • 12. Diversidade entre bactérias <ul><li>As bactérias podem ser organismos de: </li></ul><ul><ul><li>Vida livre </li></ul></ul><ul><ul><li>Patógenos </li></ul></ul><ul><ul><li>Autotrófos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Fotossintetizantes </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Quimiolitotróficos </li></ul></ul></ul>Nitrosomonas São importantes para a decomposição da matéria orgânica no solo São utilizadas em diversos processos industriais Lactobacilos acidófilos
  • 13. <ul><li>As bactérias estão presentes em diferentes partes do corpo humano: </li></ul><ul><ul><li>Boca </li></ul></ul><ul><ul><li>Mãos </li></ul></ul><ul><ul><li>Garganta </li></ul></ul><ul><ul><li>Intestino </li></ul></ul><ul><ul><li>Vagina </li></ul></ul><ul><li>Muitas convivem harmoniosamente com seus hospedeiros </li></ul><ul><li>São responsáveis por grande parte das infecções hospitalares </li></ul>Diversidade (II) Bacterióides na microbiota intestinal 
  • 14. As cianofíceas são bactérias fotossintetizantes Anabaena ao microscópio de luz Anabaena ao microscópio eletrônico de varredura Também denominadas cianobactérias Croococcus turgidus Merismopedia glauca Diversidade (III)
  • 15. Bactérias - Taxonomia <ul><li>25 filos, mais de 6000 espécies </li></ul><ul><li>Filo Acidobacteria </li></ul><ul><li>Filo Actinobacteria </li></ul><ul><li>Filo Aquificae </li></ul><ul><li>Filo Bacteroidetes </li></ul><ul><li>Filo Chlamydiae </li></ul><ul><li>Filo Chlorobi </li></ul><ul><li>Filo Chloroflexi </li></ul><ul><li>Filo Chrysiogenetes </li></ul><ul><li>Filo Cyanobacteria </li></ul><ul><li>Filo Deferribacteres </li></ul><ul><li>Filo Deinococcus -Thermus </li></ul><ul><li>Filo Dictyoglomi </li></ul><ul><li>Filo Fibrobacteres </li></ul><ul><li>Filo Firmicutes </li></ul><ul><li>Filo Fusobacteria </li></ul><ul><li>Filo Gemmatimonadetes </li></ul><ul><li>Filo Lentisphaerae </li></ul><ul><li>Filo Nitrospira </li></ul><ul><li>Filo Planctomycetes </li></ul><ul><li>Filo Proteobacteria </li></ul><ul><li>Filo Spirochaetes </li></ul><ul><li>Filo Thermodesulfobacteria </li></ul><ul><li>Filo Thermomicrobia </li></ul><ul><li>Filo Thermotogae </li></ul><ul><li>Filo Verrucomicrobia </li></ul>
  • 16. Extremófilos <ul><li>Algumas bactérias vivem em condições extremas de: </li></ul><ul><ul><li>Temperatura elevada ou muito baixa </li></ul></ul><ul><ul><li>Acidez </li></ul></ul><ul><ul><li>Alta pressão </li></ul></ul><ul><ul><li>Falta de oxigênio </li></ul></ul><ul><ul><li>Salinidade elevada </li></ul></ul>Bactérias termófilas esporulando Fonte de águas termais Eubactérias X Arqueobactérias Ambos são procariontes
  • 17. Archaea <ul><li>Supõe-se que os procariotos do grupos Archaea originaram-se nas condições da Terra primitiva </li></ul><ul><li>Elas não são ancestrais das bactérias atuais </li></ul><ul><li>Tem características exclusivas do seu domínio </li></ul><ul><li>Ainda não foram descobertas espécies patogênicas nesse grupo </li></ul><ul><li>É bastante difícil cultivar essas espécies em laboratório </li></ul>Lago quente e rico em enxofre onde encontra-se o Archaea Sulfolobus sp Lago hipersalino rico em carbonato, com pH 10, nonde vive Halobacterium salinarum
  • 18. Archaea - Ecologia <ul><li>Termófilos : </li></ul><ul><ul><li>Vivem em ambiente com temperatura superior a 80 o C </li></ul></ul><ul><ul><li>Proteínas termoestáveis </li></ul></ul><ul><ul><li>Resistem a autoclaves </li></ul></ul><ul><ul><li>Membrana celular funcional alta temperatura </li></ul></ul><ul><ul><li>DNA enrolado em sentido inverso ao de outros organismos (é mais estável) </li></ul></ul><ul><li>Hipertermófilos: </li></ul><ul><ul><li>vivem em temperaturas extremamente altas (até 113 o C), geralmente associadas a elevada pressão que evita a fervura da água </li></ul></ul><ul><li>Hipotermófilos: vivem em temperatura abaixo de 4 o C, vários encontrados na Antártida, sobrevivem ao congelamento </li></ul><ul><li>Halófilos: Vivem em ambiente de concentração salina muito alta (entre 9 e 35%), exemplo Mar Morto </li></ul><ul><li>Metanogênicas </li></ul><ul><ul><li>São extremamente sensíveis a presença de oxigênio </li></ul></ul><ul><li>Acidófilos : meio ácido até pH 1,0 </li></ul><ul><li>Alcalinófilos: meio alcalino pH superior a 8,0 </li></ul>
  • 19. Archaea <ul><li>Duas espécies de Archaea isoladas de uma fenda vulcânica no fundo do oceano: Igniococcus (maiores) e de Nanoarchaeum equitans (menores). </li></ul><ul><li>Forma celular diversificada: </li></ul><ul><ul><li>esféricas </li></ul></ul><ul><ul><li>bacilos, </li></ul></ul><ul><ul><li>espiraladas, </li></ul></ul><ul><ul><li>achatadas, </li></ul></ul><ul><ul><li>quadradas, </li></ul></ul><ul><ul><li>discóides </li></ul></ul><ul><ul><li>Forma irregular </li></ul></ul><ul><li>Tamanho: de 0,1 até 200 micrômetros (µm) </li></ul>Sulfolobus transforma enxofre em ácido sulfúrico
  • 20. Archaea - características <ul><li>Parede celular presente em algumas espécies e ausente em outras </li></ul><ul><li>Composição química da parede diversificada: </li></ul><ul><ul><li>Polissacarídeos incomuns </li></ul></ul><ul><ul><li>Proteínas em estado cristalizado </li></ul></ul><ul><ul><li>Não contém peptídeoglicanos (típicos de Bactéria) </li></ul></ul><ul><li>A membrana plasmática tem compostos incomuns: </li></ul>Thermoplasma , hipertermófilo sem parede celular Membrana Bacteria Archaea Eucarya Conteúdo protéico alto alto baixo Composição lipídica fosfolipídeos Sulfolipídeos, glicolipídeos, hidrocarbonetos ramificados, isoprenóides, fosfolipídeos Fosfolipídeos Estrutura dos lipídeos cadeia linear cadeia ramificada cadeia linear Ligação dos lipídeos éster éter (di e tetraeter) éster
  • 21. <ul><li>Ligação química incomum nos componentes de membrana celular em Archaea </li></ul><ul><li>Cadeias carbônicas ramificadas (estabilidade térmica??) </li></ul>
  • 22. Archaea - características <ul><li>O DNA em Archaea: </li></ul><ul><ul><li>Geralmente é circular (semelhate a Bactéria) </li></ul></ul><ul><ul><li>Pode estar associado a proteínas do tipo histona (semelhante a eucariotos) </li></ul></ul><ul><ul><li>Presença de íntrons </li></ul></ul><ul><li>Produção de RNA: </li></ul><ul><ul><li>Assemelha-se a de células eucarióticas </li></ul></ul><ul><li>Produção de proteínas: </li></ul><ul><ul><li>Ribossomos semelhantes aos de bactérias (resistente a antibióticos) </li></ul></ul><ul><ul><li>Síntese protéica semelhante a de eucariotos (inibida pela toxina da difteria) </li></ul></ul><ul><li>Mobilidade celular: </li></ul><ul><ul><li>Podem apresentar flagelos mesmo nas espécies sem parede </li></ul></ul><ul><ul><li>Estrutura do flagelo incomum </li></ul></ul>
  • 23. Archaea - bioquímica <ul><li>Diversidade metabólica: </li></ul><ul><ul><li>Quimiolitotróficas </li></ul></ul><ul><ul><li>2 S + 3 O 2 + 2 H 2 O  2 H 2 SO 4 </li></ul></ul><ul><ul><li>H 2 + S H 2 S </li></ul></ul><ul><ul><li>Metanogênicas </li></ul></ul><ul><ul><li>Fermentadores (raros) </li></ul></ul><ul><ul><li>Fotoautotróficas </li></ul></ul><ul><li>Organotróficos </li></ul><ul><li>Compostos orgânicos+ S  H 2 S + CO 2 ( Thermoproteus , Desulfurococcus , Thermofilum , Pyrococcus ) </li></ul><ul><li>Compostos orgânicos + O 2  H 2 O + CO 2 ( Sulfolobus ) </li></ul><ul><li>Compostos orgânicos  CO 2 + ácidos graxos ( Staphylothermus ) </li></ul>
  • 24. Domínio Archaea <ul><ul><li>Número de total de espécies: ainda desconhecido </li></ul></ul><ul><ul><li>Continuam sendo descobertas </li></ul></ul><ul><ul><li>A primeira espécie foi descrita em 1977 sendo incluída no Reino Monera </li></ul></ul><ul><ul><li>Pesquisas mostraram que pertencem a outro grupo taxonômico </li></ul></ul><ul><ul><li>Criou-se o Domínio Archaea para distinguir de Bactéria </li></ul></ul>
  • 25. Domínio Archaea <ul><li>Taxonomia: Quatro Reinos </li></ul><ul><li>Euryarchaeota </li></ul><ul><ul><li>Metanogênicos: Gram-negativos ou positivos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Methanobacterium, Methanothrix, Methanobrevibacter, etc </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Halófilos: Gram negativos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Halobacterium , Natronobacterium , Halococcus , Natronococcus , Haloferax, Haloarcula </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Termoacidófilos: Gram negativos ou sem parede </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Thermofilum, Thermococcus , Pyrococcus, Archaeoglobus, Thermoplasma </li></ul></ul></ul><ul><li>Crenarchaeota </li></ul><ul><ul><li>inclui as restantes espécies, a maioria são hipertermófilos </li></ul></ul><ul><ul><li>Thermoproteus, Thermodiscus, Sulfolobus, Staphylothermus, Pyrodictium </li></ul></ul><ul><li>Korarchaeota descoberta recente, forma de vida mias primitiva conhecida </li></ul><ul><li>Nanoarchaeota extremamente pequenos, talvez parasitas de outros Archaea: </li></ul>
  • 26. Sugestão de relações filogenéticas de Archaea em função das características da parede celular e outras
  • 27. Relações filogenéticas
  • 28. Domínio Eukarya <ul><li>Inclui todos os seres com células eucariontes </li></ul><ul><li>Reinos </li></ul><ul><ul><li>Protista </li></ul></ul><ul><ul><li>Plantae </li></ul></ul><ul><ul><li>Fungi </li></ul></ul><ul><ul><li>Animalia </li></ul></ul>
  • 29. Células eucariontes <ul><li>Tem maior complexidade do que as células procariontes </li></ul><ul><li>São ricas em membranas que formam diversos compartimentos </li></ul><ul><li>Diferentes vias metabólicas ficam separadas entre si em organelas com diferentes funções </li></ul>
  • 30. Célula do epitélio vaginal invadida por bactérias Núcleo celular Citoplasma Membrana plasmática
  • 31. Célula vegetal
  • 32. Organismos unicelulares - PROTISTA Amoeba sp Trypanosoma sp Paramecium sp Leishmania sp Protozoários Eucariontes unicelulares heterótrofos Foraminífero
  • 33. Organismos unicelulares – PROTISTA II Diatomáceas e dinoflagelados Euglena sp Eucariontes unicelulares fotossintetizantes
  • 34. Organismos coloniais e pluricelulares – PROTISTA III Protista autótrofo Volvox sp Protista heterótrofo Coanoflagelados Ulva lactuca
  • 35. Organismos pluricelulares <ul><li>Três reinos </li></ul><ul><ul><li>Diferem entre si pela forma de obtenção de energia </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Fungos (adsorção) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Plantas (fotossíntese) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Animais (ingestão) </li></ul></ul></ul>
  • 36. Quadro comparativo Característica Procariontes Eucariontes Exemplos bactérias ameba Membrana ao redor do material genético não Sim, carioteca Proteínas associadas ao DNA não Sim, histonas Cromossomos Sim, circular vários Nucléolo não sim Divisão celular binária Mitose e meiose Tipo de ribossomo 70S 80S Sistemas internos de membranas Não, exceto cianofíceas sim
  • 37. Quadro comparativo II Característica Procariontes Eucariontes Mitocôndria Não Sim Cloroplasto Não Sim, em células vegetais Parede celular Sim, peptidoglicanos + lipoproteínas e lipopolissacarídeos Sim, em células vegetais e fúngicas Exocitose Não Sim Endocitose não Sim Locomoção Em alguns casos, atípica Sim, Em alguns casos Citoesqueleto Não Sim Correntes citoplasmáticas ???? Sim
  • 38. Um modelo de célula eucarionte heterotrófica
  • 39. Célula eucarionte autotrófica
  • 40. Estruturas sub-celulares Organela Função principal Mitocôndria Obtenção de energia Ribossomos Síntese de proteínas Complexo de Golgi Processamento de proteínas Retículo endoplasmático Síntese de proteínas e lipídeos
  • 41. Estruturas sub-celulares Organela Função principal Membrana plasmática Seleção da entrada e saída de substâncias Cloroplastos Obtenção de energia a partir da luz Lisossomos Digestão enzimática Citoesqueleto Sustentação celular
  • 42. Estruturas sub-celulares Organela Função principal Membrana nuclear Seleção da entrada e saída de substâncias Cromossomos Contém informação genética Nucléolo Síntese e processamento de ribossomos Citossol Local de reações enzimáticas e de síntese de parte das proteínas
  • 43. Quadro comparativo III Característica Célula animal Célula vegetal Exemplos Ameba Alga verde Membrana ao redor do material genético sim sim Proteínas associadas ao DNA sim sim Mitocôndria sim Sim Cloroplastos não Sim Parede celular não sim Glicocálice sim não Plasmodesmos não sim
  • 44. Leituras recomendadas <ul><li>De Robertis, E. & Hib, J. Biologia Celular e Molecular. Cap 1 </li></ul><ul><li>De Robertis, E.; Hib, J.& Ponzio, R. Bases da Biologia Celular e Molecular. Cap 1 </li></ul><ul><li>Junqueira & Carneiro Biologia Celular e molecular. Cap 1 </li></ul><ul><li>Raven, P.H. et al. Biologia Vegetal. Cap 14. </li></ul>

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