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Aula 11 a célula - unidade funcional da vida - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc

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  • 1. A célula: unidade funcional da vida
  • 2. De uma célula ancestral.....
  • 3. Por que as células são tão pequenas?
  • 4. Classificação •Dois domínios procarióticos •Um domínio eucariótico
  • 5. Arqueas, Bactérias e Eucariotos Característica Bactéria Archaea Eucariotos Envelope nuclear Ausente Ausente Presente Organelas envoltas por membrana Ausente Ausente Presente Parece celular Presente Ausente Ausente Membrana com lipídeos Hidrocarbonos não ramificados RNA polimerase De um tipo Vários tipos Vários tipos Aminoácido iniciador da síntese proteica Formil-metionina Metionina Metionina Introns (sequência não codificadora dos genes) Sensibilidade a antibióticos Ausente Reprodução inibida por streptomicina e clorafenicol Alguns hidrocarbonos ramificados Presente Reprodução não inibida por antibióticos Hidrocarbonos não ramificados Presente Reprodução não inibida por antibióticos
  • 6. Ancestral comum …que evoluiu ao longo do tempo originando os três domínios. • Procarioto • Possuía DNA como material genético • Possuía maquinaria de transcrição e tradução • Provavelmente possuía cromossomo circular
  • 7. UMA RETROSPECTIVA DA ORIGEM DA VIDA NA TERRA Quando surgiram os eucariotos ? 4500 ma 3800 ma 2000 ma Pré-cambriano 4500 a 600 Origem da vida Procariotos se desenvolvem Eucariotos se desenvolvem Cambriano 543 Ordoviciano Siluriano Devoniano 500 440 409 Carbonifero 354 Permiano Triassio Jurassico 290 245 206 Cretaceo Terciário 144 65 1.8 Quaternário Milhões de anos atrás Presente
  • 8. Procariotos Bactéria Arqueas Devido a influência do dogma procarioto-eucarioto Bactérias e Arqueas ainda são considerados procariotos. No entanto Arqueas são diferentes de bactérias e evolutivamente mais próximas a eucariotos.
  • 9. Um procarioto típico Estrutura
  • 10. Biologia geral dos Procariotos •Dividem-se em Bactérias e Arqueas •Criaturas de maior sucesso na terra (se sucesso for medido em número de indivíduos!!). •Viveram sozinhos na terra por mais cerca de 2 bilhões de anos •Maioria bactérias •Possuem papéis cruciais na biosfera; membros dos dois domínios procariotos superam todos os outros em diversidade metabólica. •Cerca de 4000 espécies conhecidas e estima-se que existam de 400.000 a 4 milhões de espécies
  • 11. Ambientes •Vivem nos mais diversos ambientes -solo -água -outros seres vivos Exploram os ambientes e estabelecem relações de neutralidade (comensalismo), cooperação mutualismo e simbiose) ou parasitismo
  • 12. Morfologia • Unicelular • Podem formar colônias • Maioria possui diametro de 1-5 µm • Formas mais comuns: -Cocos (esféricos); isolados ou associados em arranjos bi e tridimensionais formando correntes, placas ou blocos de células -Bacilos (forma alongada, em bastonete); isolados ou em cadeias. Em geral são unicelulares mas podem ser multicelulares. -Espirilos (forma helicoidal) -Vibriões (forma de vírgula)
  • 13. Morfologia Bacilos Cocos Enterococcus sp. Escherichia coli Bactéria comensal; cresce no intestino de mamíferos Bactéria mais estudada Methanococcus jannaschii Methanobacterium thermoautotrophicum Arquea Arquea
  • 14. Morfologia Espirilos Vibriões Leptospira interrogans Vibrio cholerae Bactéria que causa leptospirose Bactéria que causa cólera
  • 15. Fimbrias ou pili Flagelos • Filamentos formados • Fornecem adesão ao pela proteína flagelina que se projeta da superfície celular substrato • Unem bactérias umas às outras possibilitando troca de materia lgenético • Estrutura de locomoção Salmonella
  • 16. De todos estes tipos celulares, quais são os parentes vivos mais próximos dos procariotos envolvidos com a origem dos eucariotos.
  • 17. Bactéria importante para o surgimento dos eucariotos. • Cianobactérias (algas azuis esverdeadas). Tranformam energia luminosa em energia química. Consomem CO2, liberam O2. • Responsáveis pelo aparecimento do oxigênio na atmosfera terrestre a 2,5 bilhões de anos. • Podem viver livres ou formar colônias • Utilizam clorofila a para fotossíntese e liberam gás oxigênio • Possuem sistema de membrana interna altamente organizados chamados lamelas fotossintetizantes ou tilacóides que lembram cloroplastos. Cloroplastos de eucariotos são derivados de cianobactérias por endossimbiose
  • 18. Bactéria importante para o surgimento dos eucariotos • Rickettsia (parasita intracelular) •Aroveitamento do oxigênio atmosférico (2,5 bilhões de anos). Respiração. • Causadora do tifo • Parente vivo mais próximo das Mitocôndrias.
  • 19. Rickettsia
  • 20. Quais as etapas para o surgimento da célula eucariota? • • • • • Surgimento de uma superfície celular flexível Surgimento de um citoesqueleto Surgimento de um envelope nuclear O aparecimento de vesículas digestivas A aquisição endossimbiótica de determinadas organelas
  • 21. Superfície celular flexível • Pode dobrar e se desenvolver internamente (área de superfície para trocas gasosas e de nutrientes) • Aumenta a velocidade de trocas com o meio externo • Permite a endocitose
  • 22. Mudanças na estrutura celular Junqueira e Carneiro, 2005.
  • 23. Funções adquiridas pela célula • Citoesqueleto: Controle de mudanças da forma Distribuição cromossomos na divisão celular Transporte de materiais internamente Emissão de pseudópodes Invaginações • Membranas internas: Delimitação de organelas e vesículas (Retículo Endoplasmático, Complexo de Golgi) Vesículas digestivas: Capacidade da célula se alimentar de outras células (fagócitos).
  • 24. Endossimbiose e organelas - Primeiro evento endossimbiótico : • Para sobrevivência no ambiente aeróbio (reativo – agressivo) os fagócitos primitivos ingeriram e incorporaram um procarioto que se tornou endossimbionte originando os peroxissomos.
  • 25. Endossimbiose e organelas Segundo evento endossimbiótico : • Passo crucial para os eucariotos, foi quando os fagócitos primitivos ingeriram e incorporaram um procarioto que evoluiu originando as mitocôndrias. Troca de material genético e dependência. (Alberts et al., 2002) (Alberts et al., 2002)
  • 26. Mitocôndrias • Procariotos anaeróbios, não fotossintetizantes ingeriram aeróbios em grande número • Alguns persistiram no citoplasma e continuaram a respirar • Este citoplasma se tornou o lar deste procarioto • Eficiência maior de transferência de elétrons para o O2 • Relação simbiótica estabelecida • Algumas funções do aeróbio foram transferidas para o hospedeiro • Transferência de genes para o núcleo do hospedeiro • Hospedeiro se tornou dependente da capacidade respiratória do aeróbio • Mitocôndria
  • 27. Endossimbiose e organelas Terceiro evento endossimbiótico : • Alguns eucariotos incorporaram procariotos relacionados às atuais cianobactérias originando os cloroplastos. Troca de material genético e dependência. (Alberts et al., 2002) (Alberts et al., 2002)
  • 28. Cloroplastos • Célula eucariótica ancestral continha peroxissomos, mitocôndria, envelope nuclear, RE, Golgi • Ingeriu procariotos fotossintetizantes assemelhados com as cianobactérias • Processo evolutivo semelhante ao da mitocôndria
  • 29. RESUMO: ORIGEM DA CÉLULA EUCARIÓTICA
  • 30. RESUMO: ORIGEM DA CÉLULA EUCARIÓTICA
  • 31. Evidências • Similaridade na estrutura e bioquímica entre bactérias aeróbias/mitocôndria e cianobactérias/cloroplasto • Mitocôndria e cloroplasto contêm DNA circular, sem proteínas associadas • O DNA das organelas codifica rRNA e tRNA semelhantes aos de procariotos • Ribossomos das organelas utilizam a formil-metionina
  • 32. Origem dos Eucariotos Segundo a teoria endossimbiôntica poderíamos encontrar células eucariotas sem Mitocôndrias Mitocôndria ? Animals Fungi Coanozoa Plants / green algae Ciliates + apicomplexa Sramenopolis Red Algae Dictyostellum Entamoebae Euglenozoa Physarum Percolozoa (G. lamblia é um parasita que contamina a água e causa a giardíase) Trichomonas Giardia Microsporidia
  • 33. Um eucarioto típico
  • 34. Surgimento de organismos multicelulares!!
  • 35. Multicelulares Qual foi a vantagem evolutiva que resultou no aparecimento dos organismos multicelulares? Através da colaboração e divisão de tarefas tornou-se possível explorar fontes que unicelulares não podem utilizar tão bem.
  • 36. Filo Molusca Filo Molusca Filo Arthropoda Filo Annelida Filo Arthropoda Filo Echinodermata
  • 37. As origens da multicelularidade • Um dos eventos mais enigmáticos da história da Terra • A multicelularidade parece ter surgido várias vezes, independentemente, em eucariotos – exemplos: fungos, animais, plantas e algas
  • 38. O que é multicelularidade? • Presença de tipos celulares diferenciados durante o desenvolvimento da colônia • Coordenação de funções chave para a sobrevivência da colônia de células • Desenvolvimento a partir de uma única célula, o embrião – Colônias de bactérias, os biofilmes, não se enquadram nesta definição
  • 39. Quando surgiram os primeiros organismos multicelulares? • Pré-cambriano, 600 ma • Níveis de O2 aumentaram para cerca de 5% do atual • Acredita-se que esta nova atmosfera, rica em O2, apresentou as condições necessárias para o surgimento de células maiores e organismos mais complexos Pré-cambriano Cambriano Ordoviciano Siluriano Devoniano Carbonifero Permiano Triassio Jurassico Cretaceo Terciário
  • 40. Fauna de Ediacara Primeiros seres pluricelulares Datam do período de 670 a 550 milhões de anos. Animais aquáticos sem partes rígidas.
  • 41. Como pode ter se formado um organismo multicelular? Associação de unicelulares originaram colônias. Como? Células filhas permaneceram unidas após a divisão celular. O grupo das algas verdes pode exemplificar como isto ocorreu
  • 42. Algas verdes Existem diferentes formas de complexidade: espécies unicelulares, coloniais e multicelulares Volvox é um representante colonial, cujas células se mantêm unidas após a divisão celular.
  • 43. Adaptações dos primeiros organismos multicelulares • A vida em colônia, com coordenação de funções, exige adaptações novas nestas células: • Comunicação celular • Adesão celular • Diferenciação celular
  • 44. Diferenciação celular • Durante o desenvolvimento do embrião ocorre a diferenciação das células – Elas assumem estrutura, forma, bioquímica e funções diferentes • Corpo humano: ~ 100 trilhões de células • Contém cerca de 200 tipos celulares funcionalmente distintos (musculares, neurônio, da pele, do sangue,...)
  • 45. Versatilidade da célula eucariótica • As células formadas após cada ciclo de divisão celular são idênticas à célula-mãe • Portanto, contêm o mesmo conteúdo de informação genética • Em pouquíssimos casos existe perda de material genético, p.ex., glóbulos vermelhos – Perdem o núcleo durante a diferenciação celular
  • 46. Regulação da expressão do genoma • A resposta para a pergunta é esta: atividade regulada de genes e seus produtos • Especialização depende de mudanças na expressão gênica, e não na perda e aquisição de genes
  • 47. Diferenciação celular Segregação assimétrica de Proteínas específicas ativadoras de genes (fatores de transcrição) Como células do coração são tão diferentes de células neuronais se todas vieram de UMA inicial.
  • 48. Bibliografia Purves, W.K. , Sadava, D.; Orians, G.H.; Heller H.C. Vida – a Ciência da Biologia. 6ª edição, Porto Alegre RS: Artmed, 2005 (cap. 4 – vol. 1; cap. 27, vol. 2) Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Walter, P. Molecular Biology of the Cell, 4th ed., New York: Garland Science, 2002.