Biologia celular

1. Histórico

Citologia, ou biologia celular, é a ciência que estuda os vários sistemas celulares, a maneira como as células são reguladas e a compreensão do funcionamento de suas estruturas. A construção dos microscópios ópticos foi um passo decisivo para a descoberta das células, e acredita-se que o primeiro tenha sido inventado em 1592, por Jeiniere da Cruz e seu pai, Zacharias Jansen, dois holandeses fabricantes de óculos. Tudo indica, porém, que o primeiro a fazer observações microscópicas de materiais biológicos foi o holandês Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723). O microscópio simples com apenas uma lente, construído por Leeuwenhoek, foi aprimorado por Robert Hooke em 1665, ganhando mais uma lente.

A partir dos estudos de Hooke em biologia, publicados em um livro chamado Micrographia (1665), que analisou cortes finos de cortiça, obtidos da casca do sobreiro, verificou que estes eram constituídos por pequenas cavidades poliédricas (no latim, cella), as quais foram denominadas células. Estes compartimentos representavam as paredes das células vegetais mortas. Em 1838, o botânico alemão Matthias Schleiden descreveu que a célula era a unidade básica de todas as plantas e, mais tarde, em 1839, o zoólogo alemão Theodor Schwann chegou à mesma conclusão para os animais. Com base nestes conhecimentos, elaborou-se a teoria celular que foi proposta por Schleiden e Schwann.

O grande avanço no conhecimento da biologia celular, sem dúvida, foi a invenção dos microscópios eletrônicos em 1931, por dois engenheiros alemães, Ernst Ruska e Max Knoll , o que possibilitou a visualização das organelas celulares em grande detalhe.

Esquema do microscópio construído por Robert Hooke e um esquema de um fungo observado por este pesquisador.

(Adaptado de Tortora et al., Microbiology - 8 ed)

Réplica do microscópio construído por Leeuwenhoek e de suas ilustrações, descrevendo os "animálculos" observados.

(Adaptado do livro Brock Biology of Microorganisms, 10 Ed., 2003)

2. Características dos seres vivos

Para diferenciar o que é ser vivo do que é ser bruto (sem vida), são considerados algumas características:

1-Organização Celular

Todo ser vivo possui célula (exceto vírus). Elas contêm toda a estrutura necessária para o organismo funcionar (que pode ser de uma única célula - unicelulares, ou com várias células - pluricelulares)

2-Capacidade de se Reproduzir

Todos os seres vivos têm algum método para deixarem descendentes.

3-Hereditariedade

A capacidade de deixar alguma herança genética para os descendentes. Isto é muito importante para a evolução, pois se não houvesse esta herança, todo organismo teria de se readaptar ao ambiente, "aprender" tudo de novo.

4-Possuir material genético

Somente seres vivos possuem DNA, que é o que determina e comanda a célula/organismo.

5-Irritabilidade

É a capacidade de responder a estímulos. Por exemplo, se ficarmos em um ambiente frio, nossos pêlos se arrepiarão, para esquentar o corpo. É importante diferenciar de sensibilidade, esta que é controlada pelo sistema nervoso do organismo.

3. Células

Os seres vivos são divididos de acordo com:

Número de células

Todos os seres vivos são constituídos de células, mas o número de células varia de um ser para outro.

Existem os seres unicelulares, a palavra unicelular tem origem no latim uni, que significa "um, único", ou seja, possuem apenas uma célula. Esses são as bactérias, as cianobactérias, protozoários, as algas unicelulares e as leveduras.

Bactéria Escherichia coli, vista em microscópio eletrônico, ser unicelular.

Formas das células dos protozoários, seres unicelulares.

Existem também os seres pluricelulares , que são formados por mais de uma célula, a palavra pluricelular tem origem no latim pluri, que significa " maior, mais "

Organização celular

De acordo com a organização celular os seres vivos podem ser classificados em procariontes e eucariontes.

Os seres procariontes apresentam as seguintes características:

Ausência de carioteca (membrana nuclear); DNA fica disperso no citoplasma; Ausência de algumas organelas (que estão presentes nas células eucariontes); Menores em relação às células eucariontes; A este grupo pertencem seres unicelulares e coloniais.

Os seres eucariontes apresentam as seguintes características:

São mais complexas que as células procariontes; Possuem membrana nuclear (carioteca); Possuem grande quantidade de organelas (especializações de membranas que

desempenham alguma função dentro da célula) , diferentemente das células procariontes.

Os seres eucariontes são sub-divididos em dois grupos:

Células Eucariontes Animais: não possuem cloroplasto nem parede celular e apresentam vários pequenos vacúolos. Células Eucariontes Vegetais: possuem cloroplasto e parede celular e normalmente apenas um grande vacúolo.

Cada uma das organelas celulares possui uma função dentro da célula:

1- Nucléolo - produção dos componentes ribossômicos 2 - Núcleo - conservar e transmitir a informação genética na reprodução das células e regular as funções celulares. 3 - Ribossomos - produção de proteínas 4 - Vesículas - transporte de substância e união com a membrana para eliminar conteúdos para fora da célula. 5 - Retículo endoplasmático rugoso - participa da síntese e transporte de proteínas. 6 - Complexo de Golgi - faz a secreção celular. 7 - Citoesqueleto - participam do transporte de substâncias e dão forma a célula. 8 - Retículo endoplasmático Liso - participa do processo de transporte celular, além de participar da síntese de lipídios. 9 - Mitocôndrias - são responsáveis pela respiração das células. 10 - Vacúolo - atuam no processo de digestão intracelular. 11 - Citoplasma - nele está um fluído chamado citosol, O citoplasma tem a função de albergar as organelas e favorecer seus movimentos. 12 - Lisossomos - participam da digestão de substâncias orgânicas. 13 - Centríolos : estão ligados à organização do citoesqueleto e aos movimentos de flagelos e cilios

4. Classificação dos seres vivos

Baseando-se nestas diferenças existentes entre os seres vivos, a partir dos estudos de Whittaker (1969), a microbiologia passou a ser classificada em 5 reinos de seres vivos.

Monera: ProcariotosProtista: Eucariotos unicelulares - Protozoários (sem parede celular) e Algas (com parede celular)Fungi: Eucariotos aclorofiladosPlantae: VegetaisAnimalia: Animais

Classificação dos seres vivos, de acordo com Whittaker (1969)(Adaptado de Pommerville, J.C.(2004) Alcamo's Fundamentals of Microbiology)

No entanto, a partir dos estudos de C. Woese (1977), passamos a dispor de um sistema de classificação baseado principalmente em aspectos evolutivos (filogenética), a partir da comparação das sequências de rRNA de diferentes organismos. Com esta nova proposta de classificação, os organismos são agora subdividos em 3 domínios (contendo os 5 reinos), empregando-se dados associados ao caráter evolutivo.

Estes domínios são:

Archaea: ProcariotosBacteria: ProcariotosEukarya: Eucariotos

Classificação dos seres vivos, de acordo com Woese (1977)(Adaptado de Pommerville, J.C.(2004) Alcamo's Fundamentals of Microbiology)

A princípio, acredita-se que estes 3 domínios divergiram a partir de um ancestral comum. Provavelmente os microrganismos eucarióticos atuaram como ancestrais dos organismos multicelulares, enquanto as bactérias e archaeas correspondem a ramos que não evoluíram além do estágio microbiano.

Archaea: são organismos procariotos que, freqüentemente são encontrados em ambientes cujas condições são bastante extremas (semelhantes às condições ambientais primordiais na Terra), sendo por isso, muitas vezes considerados como sendo “ancestrais” das bactérias. No entanto, hoje em dia considera-se as archaeas como um grupo “intermediário” entre procariotos e eucariotos. Muitos destes organismos são anaeróbios, vivendo em locais "inabitáveis" para os padrões humanos - fontes termais (com temperaturas acima de 100°C), águas com elevadíssimos teores de sal (até 5M de NaCl - limite de dissolução do NaCl), em solos e águas extremamente ácidos ou alcalinos (espécies que vivem em pH 0, outras em pH 10. Genericamente, podemos dizer que as Archaeas definem os limites da tolerância biológica às condições ambientais.

Bacteria: Correspondem a um enorme grupo de procariotos, anteriormente classificados como eubactérias, representadas pelos organismos patogênicos ao homem, e bactérias encontradas nas águas, solos, ambientes em geral. Dentre estas, temos as bactérias fotossintetizantes (cianobactérias) e outras quimiossintetizantes (E. coli), enquanto outras utilizam apenas substratos inorgânicos para seu desenvolvimento.

Eukarya: No âmbito microbiológico, compreende as algas, protozoários e fungos (além das plantas e animais). As algas caracterizam-se por apresentarem clorofila (além de outros pigmentos), sendo encontradas basicamente nos solos e águas.Os protozoários correspondem a células eucarióticas, geralmente móveis e sem parede celular, nutrindo-se por ingestão e podendo ser saprófitas ou parasitas.Os fungos são também células sem clorofila, apresentando parede celular, realizando metabolismo heterotrófico, nutrindo-se por absorção.