da escola pÚblica paranaense 2009 · divisões celulares para a manutenção e continuidade da...

O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOSDA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE

2009

Produção Didático-Pedagógica

Versão Online ISBN 978-85-8015-053-7Cadernos PDE

VOLU

ME I

I

GOVERNO DO PARANÁ

SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO

SUPERINTENDÊNCIA DA EDUCAÇÃO

PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL – PDE

CADERNO PEDAGÓGICO

ENSINO DA BIOLOGIA CELULAR ALIADO AOS RECURSOS DIDÁ TICOS,

METODOLÓGICOS E TECNOLÓGICOS DA ESCOLA

NATALINA AKEMI KOGUISSI Produção Didático-Pedagógica desenvolvida como requisito do Programa de Desenvolvimento Educacional (PDE) da Secretaria de Estado da Educação, na área de Biologia, sob a orientação da Professora Dra. Lucia Giuliano Caetano.

LONDRINA

2010

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IDENTIFICAÇÃO

PROFESSOR PDE: NATALINA AKEMI KOGUISSI

ÁREA PDE : BIOLOGIA

NRE: LONDRINA

IES: UNIVERSIDAD ESTADUAL DE LONDRINA

PROFESSOR ORIENTADOR: Profa Dra LUCIA GIULIANO CAETANO

ESCOLA DE IMPLEMENTAÇÃO: COLÉGIO ESTADUAL SAGRADA FAMÍLIA -

LONDRINA

PÚBLICO ALVO : 1ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO

CONTEÚDO ESTRUTURANTE: MECANISMOS BIOLÓGICOS

APRESENTAÇÃO

A produção didático-pedagógica deve ser considerada como material didático

a ser utilizado pelo Professor PDE no momento da implementação do Projeto de

Intervenção Pedagógica na Escola, além disso, destina-se também aos professores

da rede, servindo como subsídio ao seu trabalho.

O presente caderno pedagógico constitui um material composto por três

unidades relacionadas ao conteúdo Biologia Celular, aplicáveis em diferentes

escolas conforme a disponibilidade de recursos didáticos, metodológicos e

tecnológicos.

A Unidade 1 - CÉLULA: organização e estruturas - apresenta a célula

como unidade organizacional, suas estruturas formadoras, bem como as diferenças

básicas entre células animais e vegetais. Atividades são sugeridas com o intuito de

aproximar a teoria e a prática e ainda estimular o aluno a associar a realidade dos

seus conhecimentos empíricos/prévios com os conceitos científicos.

A Unidade 2 – CITOPLASMA E SEUS CONSTITUINTES - sugere conhecer

os componentes do citoplasma, sua organização estrutural bastante complexa,

constituída por um sistema de endomembranas e por uma matriz citoplasmática, que

são fundamentais no funcionamento da célula. Algumas atividades são

apresentadas com objetivo de superar obstáculos comuns no estudo das estruturas

microscópicas.

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A Unidade 3 – NÚCLEO CELULAR - propõe um conhecimento mais

detalhado do núcleo celular, expondo a importância do material genético e das

divisões celulares para a manutenção e continuidade da vida. As atividades

propostas têm a finalidade de promover a sistematização dos conteúdos.

Um dos objetivos principais deste caderno pedagógico é buscar a

aprendizagem significativa dos alunos através da aplicação de diferentes

metodologias de ensino como aulas experimentais, utilização de imagens, confecção

de modelos e aplicação de jogos.

Moreira (1999) coloca que, para Ausubel, aprendizagem significativa, consiste

no processo por meio do qual uma nova informação relaciona-se com um aspecto

especificamente relevante da estrutura do conhecimento do indivíduo, ou seja, este

processo envolve a interação da nova informação com uma estrutura de

conhecimento específica, conceito subsunçor, existente na estrutura cognitiva do

indivíduo. A aprendizagem significativa acontece se a nova informação ancora-se

em conceitos ou proposições relevantes, preexistentes na estrutura cognitiva do

aprendiz.

É importante também, dentro do ensino de Biologia, conforme as Diretrizes

Curriculares Estaduais (DCE) de Biologia (PARANÁ, 2008), aplicar o método da

prática social, que confronta os saberes do aluno com o saber elaborado, visando a

apropriação da concepção científico-filosófica da realidade social, se fundamentado

no referencial teórico da pedagogia progressista crítico-social dos conteúdos.

O conteúdo estruturante Mecanismos Biológicos privilegia o estudo dos

mecanismos que explicam como os sistemas orgânicos dos seres vivos funcionam.

A Biologia celular é então contemplada para que possa compreender e ampliar a

discussão sobre a organização dos seres vivos, analisando o funcionamento dos

sistemas orgânicos nos diferentes níveis de organização destes seres - do celular ao

sistêmico (PARANÁ, 2008)

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UNIDADE 1 - CÉLULA: organização e estruturas

1.1 A célula como unidade básica

A célula é a unidade estrutural e funcional fundamental que constitui os seres

vivos. Nos seres unicelulares, a célula é isolada, mas nos seres multicelulares forma

arranjos ordenados, os tecidos, que constituem o corpo (JUNQUEIRA; CARNEIRO,

2005).

De acordo com a presença ou não de núcleo, as células podem ser divididas

em dois tipos principais: as células procarióticas , que não apresentam um

envelope nuclear e as células eucarióticas , que têm um núcleo, no qual o material

genético fica separado do citoplasma (COOPER, 2002).

As outras diferenças entre estes dois tipos de células são: o citoplasma das

células procariontes em geral não apresenta outra membrana além daquela que

separa do meio externo (membrana plasmática); o citoesqueleto é ausente nos

procariontes; pobreza de membranas nos procariontes. (JUNQUEIRA; CARNEIRO,

2005).

O citoplasma e o núcleo são duas partes morfologicamente distintas

presentes nas células eucariontes. Entre elas transitam constantemente moléculas

diversas. Ambas são envoltas por membranas, a membrana plasmática, que envolve

o citoplasma e o envoltório nuclear, que envolve o núcleo (JUNQUEIRA;

CARNEIRO, 2005).

A observação de estruturas biológicas apresentava certas dificuldades devido

ao tamanho muito pequeno e à transparência da maioria das células. Porém com os

avanços da microscopia, o aumento do poder de resolução e a utilização de técnicas

que diminuem a transparência das células aumentando o contraste de suas

estruturas, inúmeros estudos puderam ser realizados (De ROBERTIS; HIB, 2001).

O estudo microscópico de células pode ser feito utilizando células vivas

(preparação a fresco) ou usando o preparado permanente (lâmina permanente), no

qual as células ficam preservadas, isto é, fixadas e coradas, possibilitando uma

melhor demonstração de seus componentes (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005).

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SUGESTÃO DE ATIVIDADE

PREPARAÇÃO DE LÂMINAS PERMANENTES

Esta atividade tem como objetivo obter lâminas permanentes de diferentes

órgãos, como coração, rim, fígado e estômago de rato para observação dos

diferentes tipos celulares.

Material:

■ rato

■ éter etílico

■ algodão

■ tesoura

■ pinça

■ solução salina 0,9%

■ fixador Bouin

■ copo de Becker

■ alcóois absoluto, 95% e 70%

■ xilol

■ estufas 20ºC, 37ºC e 60ºC

■ parafina

■ forma de alumínio

■ taco de madeira

■ micrótomo

■ banho-maria 45ºC

■ gelatina incolor

■ lâmina

■ lamínula

■ cesto de vidro

■ água destilada

■ corante hematoxilina

■ corante eosina

■ bálsamo do Canadá

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Procedimento:

1) o animal deve ser sedado com éter;

2) retirar diferentes órgãos como coração, rim, fígado e estômago, cuidando para

não pressioná-los com a pinça, a fim de preservar os órgãos (Figura 1A);

3) colocar os órgãos retirados em solução salina (soro fisiológico) para “limpar” (tirar

o excesso de sangue);

4) colocar no fixador Bouin e deixar por 3 horas (Figura 1B);

5) antes de fragmentar os órgãos em pedaços menores, retirar o excesso de

gordura e tecidos adjacentes, em seguida, colocar os fragmentos no fixador limpo

por cerca de 24 horas;

6) passar o material fixado para a desidratação no álcool 95%, fazendo a troca por 4

vezes, a cada 30 minutos;

7) colocar agora no álcool absoluto, trocando-o por mais 4 vezes, a cada 30

minutos;

8) deixar no xilol para a diafanização, fazendo a troca por 4 vezes, a cada 30

minutos;

9) deixar na parafina a 60ºC para a impregnação, em estufa e fazendo a troca por 4

vezes, a cada 30 minutos;

10) colocar parafina na forma de alumínio, mergulhar o material para a inclusão e

aguardar a solidificação (Figura 1C);

11) retirar o bloco de parafina da forma de alumínio e colar no taco de madeira –

taqueamento (Figuras 1D e 1E);

12) no micrótomo realizar o corte (microtomia) do material usando a navalha bem

afiada, o corte do será numa espessura de 7 µm (Figura 1F e 1G);

13) colocar os cortes no banho-maria, contendo água e gelatina incolor a 45ºC,

para que distender o material;

14) com a lâmina deve-se “pescar” o material; retirar o excesso de água e deixar a

lâmina na estufa 20ºC para secar, por aproximadamente 24 horas;

15) colocar as lâminas de maneira uniforme na cesta de vidro para fazer a

coloração (Figura 1H);

16) mergulhar a cesta com as lâminas no xilol I por 10 minutos e depois passar para

o xilol II durante 5 minutos;

17) passar pelo álcool absoluto por duas vezes para a desparafinização, fazer a

7

troca a cada 5 minutos;

18) deixar no álcool 95% por 5 minutos;

19) passar para o álcool 70% para a hidratação, durante 5 minutos;

20) colocar na água destilada por 5 minutos;

21) mergulhar no corante hematoxilina a fim de corar o núcleo durante 1 minuto e

em seguida, lavar com água corrente em abundância – viragem – por cerca de 10

minutos(Figura 1I);

22) colocar no corante eosina para corar o citoplasma durante 10 segundos e deixar

lavando em água corrente (Figura 1I);

23) passar para o álcool 70% por 5 minutos;

24) colocar no álcool 95% durante 5 minutos;

25) deixar no álcool absoluto fazendo a troca 2 vezes, a cada 5 minutos;

26) passar para a solução álcool-xilol durante 5 minutos;

27) colocar no xilol para a diafanização por 5 minutos;

28) por último, deixar no xilol para a montagem, durante 5 minutos;

29) sobre a lamínula, pingar uma gota de resina - bálsamo do Canadá, virar a

lâmina sobre a lamínula com resina para a sua adesão, cuidar para não formar

bolhas de ar (Figura 1J);

30) manter na estufa a 37ºC por 30 dias para a secagem da resina.

Figura 1 – Etapas da preparação de lâminas permanentes. A. Rato dissecado para retirada de

diferentes órgãos; B. Órgãos extraídos e imersos no fixador Bouin; C. Inclusão dos materiais na parafina; D. Blocos de parafina solidificados; E. Taqueamento; F. Micrótomo; G. Microtomia; H. Lâminas dispostas na cesta de vidro para fazer a coloração; I. Cubas com corantes hematoxilina e eosina; J. Lâmina corada e coberta com lamínula.

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Informações complementares:

I) prepara-se o fixador Bouin com 75 ml de solução saturada de ácido pícrico, 25 ml

de formol e 5 ml de ácido acético. A atuação química dos fixadores é complexa e

variável, podem coagular ou precipitar as proteínas celulares e impedir

modificações posteriores do material biológico, assim, possibilita o material a se

manter semelhante ao tecido vivo. O tempo de fixação depende do tipo de material

a ser preparado. Os materiais fixados se conservados em álcool 70%, poderão ser

guardados por vários anos;

II) os banhos de alcoóis de concentração crescente (álcool 95% e álcool absoluto)

fazem a desidratação, retirada da água;

III) a diafanização torna o material translúcido por substituir o álcool etílico por um

solvente orgânico (xilol), o qual é miscível em parafina;

IV) a inclusão é a impregnação do material pela parafina, isso torna-o mais

resistente e possibilita o corte no micrótomo;

V) o taqueamento consiste em colar o bloco de parafina em taco de madeira, para

servir de suporte no momento dos cortes no micrótomo. Os blocos de parafina

contendo o material podem ser guardados por vários anos;

VI) a coloração aumenta o contraste dos diferentes componentes celulares, já que a

maioria dos tecidos é incolor. Existem diversos tipos de corantes, porém a mais

comumente usada é a combinação hematoxilina-eosina (HE). A hematoxilina cora

em azul ou violeta o núcleo da célula e outras estruturas ácidas e a eosina, cora em

rosa o citoplasma e estruturas básicas. OBS: O tempo de coloração pode variar

conforme o tempo de uso dos corantes, ou seja, se recém preparado ou já em uso

por repetidas vezes. No nosso caso, a hematoxilina já estava em uso há algum

tempo, portanto, tivemos que deixar por 1 minuto, sendo que o tempo comum é de

apenas 10 segundos.

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A visão geral das lâminas ao serem observadas no microscópio é:

Figura 2 – Micrografias dos diferentes órgãos do rato. A. Coração - corte transversal (coloração HE;

aumento 1000X). B. Rim (coloração HE; aumento 400X). C. Fígado (coloração HE; aumento de 400X). D. Estômago (coloração HE; aumento de 100X).

1.2 Diversidade morfológica das células eucariontes

O organismo multicelular apresenta células com formas e estruturas variáveis

e se diferenciam conforme suas funções específicas nos diferentes tecidos (De

ROBERTIS; HIB, 2001).

A forma de uma célula depende de suas adaptações funcionais, do

citoesqueleto presente em seu citoplasma, da ação mecânica exercida pelas células

adjacentes e da rigidez da membrana plasmática (De ROBERTIS; HIB, 2001).


FORMAS CELULARES

O objetivo desta atividade é identificar as formas variáveis das células.

Material:

■ lâmina permanente de corte de fígado de rato, corada com HE.

■ folha de samambaia (Nephrolepis polypodium)

■ lâmina de barbear

■ lâmina

■ lamínula

■ escama de peixe

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Procedimento:

1) observar a lâmina permanente de corte de fígado de rato e identificar a sua forma

celular. Use a objetiva de 10, 40 e 100 X;

2) retirar a epiderme inferior da samambaia com o auxílio da lâmina de barbear;

colocar sobre a lâmina; pingar uma gota de água; cobrir com lamínula e observar na

objetiva de 10 e 40X;

3) retirar a escama do peixe, colocar sobre a lâmina; pingar uma gota de água;

cobrir com lamínula e observar na objetiva de 10X.

As formas celulares observadas em cada um dos materiais são:

Figura 3 – Variação das formas celulares nos diferentes seres vivos. A. Células do fígado de rato-

células cúbicas (corte longitudinal; coloração HE; aumento 1000X). B. Células da epiderme inferior da samambaia – células irregulares (aumento 200X). C. Melanóforo presente na escama de peixe – células estrelares (aumento 200X).

1.3 Diferenças entre células eucariontes vegetais e animais

As células dos vegetais superiores (plantas) são eucariontes e apresentam

em sua estrutura básica, semelhanças com as células animais. Uma delas é a

presença de citoesqueleto, que se estende por todo o hialoplasma e relaciona-se

com processos da divisão celular, manutenção da forma e movimentos celulares.

Porém, as principais diferenças consistem na presença de uma parede celular rígida,

desenvolvimento de um grande vacúolo e presença de plastídeos (JUNQUEIRA;

CARNEIRO, 2005).

A parede celular exerce inúmeras funções: impede a mobilidade das células,

promove a aderência e a interação com as células vizinhas, influencia no

crescimento, na nutrição, na reprodução e na defesa, auxilia na manutenção da

integridade osmótica da célula, constitui barreira protetora contra lesões e infecções,

oferece sustentação, determina o formato celular e a forma da própria planta

(JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005).

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O vacúolo é a organela mais evidente na célula vegetal devido ao seu amplo

tamanho, é preenchido de fluido comumente chamado de suco celular. Desempenha

inúmeras funções como: acúmulo de nutrientes, metabólitos e catabólitos; depósito

de substâncias específicas como proteínas, ópio, látex e, além disso, de substâncias

venenosas ou de gosto desagradável, que atuarão como mecanismo de defesa da

planta contra seus predadores, sejam insetos e animais herbívoros (JUNQUEIRA;

CARNEIRO, 2005).

Os plastídeos ou plastos podem ser de diferentes tipos conforme a cor e a

função. Os leucoplastos são plastídios incolores e participam do armazenamento do

amido; os cromoplastos são plastídios com pigmentos. Os cloroplastos são os mais

importantes, apresentando o pigmento verde chamado de clorofila (De ROBERTIS;

HIB, 2001).

Nos cloroplastos ocorre a fotossíntese, processo no qual as plantas obtêm a

energia da luz e juntamente com a água e o gás carbônico, sintetizam compostos

orgânicos aproveitados como alimento e que servem também para alimentar os

organismos heterótrofos (De ROBERTIS; HIB, 2001).

As células vegetais apresentam um sistema de transporte intracelular próprio

adequado ao grande vacúolo central e ao tamanho longo das células. Os

movimentos constantes do hialoplasma, chamados de ciclose , deslocam as

organelas e partículas num movimento circular em torno do vacúolo central. Esta

corrente citoplasmática aumenta a troca de materiais entre organelas, entre

membrana e organelas e entre células. Ainda através da ciclose, pode-se ter um

melhor aproveitamento da quantidade de luz que as células vegetais recebem, ora

dispersando os seus cloroplastos ora agrupando-os no hialoplasma (JUNQUEIRA;

CARNEIRO, 2005).

SUGESTÃO DE ATIVIDADES

ESTRUTURAS DE CÉLULAS ANIMAIS E VEGETAIS

Esta atividade tem como objetivo observar as estruturas diferenciais entre

as células animais e vegetais.

Material:

■ folha de Tradescantia sp

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■ células da mucosa bucal

■ lâmina

■ lamínula

■ palito de sorvete

■ azul de metileno

Procedimento:

1) dobrar a folha de Tradescantia e retirar a epiderme inferior; colocar sobre a

lâmina; pingar uma gota de água; cobrir com lamínula e observar na objetiva de 10

e 40X;

2) usando um palito de sorvete, raspar a parte interna da bochecha; esfregar o

palito sobre a lâmina; pingar uma gota de azul de metileno, cobrir com a lamínula;

observar nas objetivas de 10X e 40X.

As estruturas celulares presentes em cada um dos tipos de células são:

Figura 4 – Diferenças entre célula animal e vegetal. A. Célula animal – mucosa bucal (coloração

azul de metileno; aumento 400X). B. Célula animal – mucosa bucal, em destaque a célula com o seu limite celular (setas), ressaltando que a membrana plasmática não é visível ao microscópio óptico; citoplasma (C) e núcleo (N) - (coloração azul de metileno; aumento 400X). C. Célula vegetal - Tradescantia sp (Vac= vacúolo contendo o pigmento antocianina; PC= parede celular, indicadas pelas setas) - (aumento 100X). D. Estômato presente na célula vegetal - Tradescantia sp – os pontos verdes indicados pelas setas evidenciam os cloroplastos (Clo) - (aumento 200X).

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MOVIMENTOS CELULARES EM VEGETAIS

Nesta prática o objetivo é observar a ciclose em folhas de Elodea sp

Material:

■ folha de elódea

■ lâmina

■ lamínula

Procedimento:

1) destacar uma folha da Elodea e colocar sobre a lâmina;

2) pingar uma gota de água e cobrir com a lamínula;

3) observar no microscópio na objetiva de 10 e 40X.

Através da sequência das imagens pode-se perceber o deslocamento dos

cloroplastos:

Figura 5 – Cloroplastos da folha de Elodea. A. Células epidérmicas – visão geral (aumento de 400X).

B. A seta indica a posição dos cloroplastos no momento 1 (aumento 1000X). C. Através da posição da seta, momento 2, percebe-se a ciclose (aumento 1000X). D. Acompanhamento da ciclose no momento 3 (aumento 1000x).

1.4 A membrana plasmática separa o meio intracelula r do extracelular

A membrana plasmática ou celular separa o meio intracelular do extracelular

e controla a entrada e saída de substâncias da célula (JUNQUEIRA; CARNEIRO,

2005).

Todas as membranas celulares são constituídas por lipídios, proteínas e

hidratos de carbono, sendo duas camadas lipídicas fluídas e contínuas, onde estão

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mergulhadas as moléculas proteicas constituindo um mosaico fluido (JUNQUEIRA;

CARNEIRO, 2005).

As membranas celulares constituem verdadeiras barreiras permeáveis

seletivas que controlam a passagem de íons e de pequenas moléculas, isto é,

solutos. Desta forma, impede a troca indiscriminada dos componentes da organela

entre si e dos componentes extracelulares com aqueles da célula (De ROBERTIS;

HIB, 2001).


PERMEABILIDADE SELETIVA DA MEMBRANA PLASMÁTICA

O objetivo desta atividade é de observar o comportamento da membrana

plasmática em relação a sua permeabilidade seletiva diante o efeito do calor.

Material:

■ tubos de ensaio

■ solução de vermelho Congo a 1%

■ fermento biológico (Saccharomyces cerevisiae)

■ lâmina

Procedimento:

1) identificar cada um dos dois tubos de ensaio, como tubo 1 e 2;

2) colocar em cada um dos tubos, 5 ml da solução de vermelho Congo;

3) adicionar em cada um dos tubos, 5 ml de suspensão de fermento;

4) deixar o tubo 1 à temperatura ambiente;

5) aquecer o tubo 2 até levantar fervura durante 5 minutos;

6) pingar uma gota do material do tubo 1 sobre a lâmina e observar no microscópio;

7) fazer o mesmo com o tubo 2 e observar as diferenças.

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As imagens mostram o efeito do calor sobre a permeabilidade seletiva:

Figura 6 – Efeitos do calor sobre a permeabilidade da membrana plasmática de leveduras - fungos

Saccharomyces cerevisiae. A. Visão geral das leveduras mantidas em temperatura ambiente, o corante vermelho Congo não atravessou a membrana plasmática (aumento 400X). B. Leveduras em destaque, mantidas em temperatura ambiente, evidenciando a não absorção do corante (aumento 1000X). C. Visão geral das leveduras da solução aquecida, o corante vermelho Congo atravessou a membrana plasmática, corando o conteúdo citoplasmático (aumento 400X). D. Em destaque, leveduras da solução aquecida, indicando a absorção do corante (aumento 1000X).

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UNIDADE 2 – CITOPLASMA E SEUS CONSTITUINTES

2.1 Sistema de endomembranas

A célula eucarionte em interfase – período em que a célula não está em

divisão – encontra-se composta por três componentes principais, o núcleo ,

compartimento separado, limitado pelo envoltório nuclear, o citoplasma , que está

envolvido pela membrana plasmática . Cada um deles contém vários

subcomponentes ou subcompartimentos que atuam de alguma forma no

funcionamento celular (De ROBERTIS; HIB, 2001).

O citoplasma apresenta dois grandes compartimentos: um contido dentro do

sistema de endomembranas e o outro, a matriz citoplasmática ou citosol, que fica

fora dele (De ROBERTIS; HIB, 2001).

No sistema de endomembranas incluem as seguintes organelas: o retículo

endoplasmático , o complexo de Golgi , os endossomas e os lisossomas .

O retículo endoplasmático é a parte mais extensa neste sistema de

endomembranas, sendo composto por sacos achatados e túbulos. A superfície

externa do retículo endoplasmático pode estar coberta por ribossomos – retículo

endoplasmático rugoso (RER) ou ergastoplasma – onde os ribossomos sintetizam as

proteínas destinadas ao sistema de endomembranas e à membrana plasmática ou

pode não apresentá-los – retículo endoplasmático liso (REL) – participando da

síntese de diversas moléculas (De ROBERTIS; HIB, 2001).

O pâncreas é uma glândula mista, constituída por uma parte exócrina e outra

endócrina. Na porção exócrina, as células especializadas na síntese, acúmulo e

secreção de grânulos de natureza protéica, dispõem-se em ácinos. É na região

basal destas células exócrinas que há abundância de RER (CARNEIRO, 2005).

Difusas na parte exócrina do pâncreas, as ilhotas pancreáticas (ilhotas de

Langerhans), constituem a porção endócrina, produzindo hormônios – insulina e

glucagon, principalmente – que regulam a taxa de glicose no sangue. Quando a

insulina não é produzida de forma suficiente, ocasiona a diabetes.

O complexo de Golgi, formado por pilhas de sacos achatados, túbulos e

vesículas, processa as moléculas oriundas do retículo endoplasmático, as quais são

incorporadas ou secretadas para fora da célula (De ROBERTIS; HIB, 2001).

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A localização do complexo de Golgi depende do tipo e da função celular.

Geralmente, situa-se entre o retículo endoplasmático e a membrana plasmática, com

os endossomas e os lisossomas situados entre estes (De ROBERTIS; HIB, 2001).

Uma das funções do complexo de Golgi é de produzir glicoproteínas, portanto

no epidídimo há presença abundante desta organela, uma vez que tais substâncias

químicas promovem a maturação dos espermatozóides.

Os endossomas são organelas que recebem as enzimas hidrolíticas

provindas do complexo de Golgi, bem como o material incorporado na célula por

endocitose (De ROBERTIS; HIB, 2001).

Os lisossomas resultam da soma dos conteúdos dos endossomas, são

responsáveis pela digestão de substâncias incorporadas na célula por endocitose e

também pela autofagia (De ROBERTIS; HIB, 2001).


ORGANELAS DO SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

Esta atividade tem o objetivo de visualizar as imagens capturadas das

organelas retículo endoplasmático e complexo de Golgi.

Figura 7 – Micrografias do pâncreas e do epidídimo de rato. A. Pâncreas – visão geral – (Ac= células

acinosas e Ilh= Ilhotas de Langerhans) - (coloração Galocianina; aumento 100X). B. Pâncreas – a região mais corada na base das células acinosas representam o ergastoplasma (Retículo Endoplasmático Rugoso) – (coloração Galocianina; aumento 1000X). C. Epidídimo – visão geral dos túbulos - (Impregnação com Nitrato de Prata; aumento 100X). D. Epidídimo – as estruturas azuladas/roxeadas são os núcleos e no ápice de cada um deles, os pontos “oxidados” indicados pela seta evidenciam o Complexo de Golgi; na luz do tubo, presença de Espermatozóides (Esp) - (Impregnação com Nitrato de prata; aumento 1000X).

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2.2 Matriz citoplasmática

Na matriz citoplasmática encontram-se outras organelas e diversas classes de

moléculas relacionadas com as diferentes atividades metabólicas.

Uma delas são as mitocôndrias , componentes celulares pequenos, com

forma variando de arredondada a de bastonetes, que convertem a energia em forma

facilmente aproveitável pelas células, a partir dos alimentos, portanto células que

utilizam muita energia são ricas nestas organelas (CARNEIRO, 2005).

As células musculares estriadas, caracterizadas pelo alto metabolismo

energético, apresentam grande número de mitocôndrias, localizadas entre os feixes

de miofibrilas (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005).

Os plastídeos são também organelas com importância fundamental no

processo metabólico das células, exclusivos dos vegetais. Conforme já discutimos,

os cloroplastos possuem a clorofila, que participa da produção dos compostos

orgânicos.


ORGANELAS DA MATRIZ CITOPLASMÁTICA

O objetivo desta atividade é de visualizar as imagens capturadas das

organelas mitocôndrias.

Figura 8 – Micrografia de tórax de abelha. Detalhe das fibras musculares, os pontos azulados

presentes entre as miofibrilas evidenciam as mitocôndrias (coloração Regaud; aumento 1000X).

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UNIDADE 3 - NÚCLEO CELULAR

3.1 O núcleo armazena o material genético

A presença do núcleo permite distinguir uma célula eucarionte de uma

procarionte. O núcleo é responsável pelo armazenamento da maior parte da

informação genética (DNA) da célula, além do controle do metabolismo celular pela

transcrição do DNA nos diferentes tipos de RNAs (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005).

Com algumas exceções, o núcleo está presente em todas as células

eucariontes (De ROBERTIS; HIB, 2001). As hemácias ou eritrócitos são as células

vermelhas do sangue, constituídas principalmente por hemoglobina, que participa no

processo de troca gasosa (oxigênio x gás carbônico). A redução da quantidade de

hemácias e do teor de hemoglobina caracteriza a anemia. As hemácias dos

mamíferos são exemplos de células anucleadas.

O núcleo, geralmente, é único e localiza-se no centro da célula. As células

hepáticas e a fibra muscular estriada esquelética são tipos celulares onde o núcleo

não é único; as primeiras apresentam um núcleo ou dois núcleos e a última possui

várias dezenas de núcleos. Em relação à localização do núcleo, algumas das

variações são: nas células que armazenam material de secreção (células acinosas

do pâncreas e as células caliciformes do intestino), o núcleo tem posição basal; nas

células vegetais, como o vacúolo citoplasmático é grande, o núcleo fica na periferia


Em geral, há relação entre as formas do núcleo e da célula; nas células

esféricas, cúbicas e poliédricas o núcleo é normalmente esférico; nas células

cilíndricas e fusiformes é elipsoidal (De ROBERTIS; HIB, 2001). Os leucócitos são

as células brancas do sangue e exercem função de defesa do organismo contra

agentes estranhos. O núcleo dos leucócitos apresenta formas variadas.

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PRESENÇA OU NÃO DE NÚCLEO NAS CÉLULAS

O objetivo desta atividade é verificar as imagens capturadas das células

sanguíneas.

Figura 9 – Esfregaço sanguíneo A. Sangue humano – hemácias anucleadas – no centro, a única

célula corada em rosa é um leucócito (coloração Leishman; aumento 1000X). B. Sangue de ave – hemácias nucleadas (coloração Leishman; aumento 1000X).

VARIAÇÃO DO NÚMERO DE NÚCLEO NAS CÉLULAS

O objetivo desta atividade é observar células que apresentam número

variado de núcleo.

Material:

■ lâmina permanente de corte transversal de coração de rato, corada com HE.

■ lâmina permanente de corte de fígado de rato, corada com HE.

Procedimento:

1) observar a lâmina permanente de corte transversal de coração de rato;

2) observar a lâmina permanente de corte de fígado.

A variação do número de núcleos observadas nos diferentes materiais é:

Figura 10 – Micrografias do coração e do fígado de rato. A. Células musculares multinucleadas do

coração - núcleos periféricos (coloração HE; aumento 1000X). B. Células hepáticas mono e binucleadas (coloração HE; aumento 1000X).

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POSIÇÃO DO NÚCLEO NAS CÉLULAS

O objetivo desta atividade é verificar as imagens capturadas dos pâncreas e

do rim.

Figura 11 – Posição dos núcleos em pâncreas e rim de rato. A. Pâncreas – células acinosas com

núcleo basal (coloração Galocianina; aumento 1000X). B. Rim – células com núcleo central (coloração HE; aumento de 1000X).

VARIAÇÃO DA FORMA DO NÚCLEO CELULAR

O objetivo desta atividade é verificar as imagens capturadas do sangue

humano.

Figura 12 - Diferentes formas do núcleo dos leucócitos humano (coloração Leishman; aumento

1000X). A. Quatro leucócitos com diferentes formas nucleares. B, C, D, E e F. Leucócitos com formas nucleares variadas.

Durante a interfase, o material genético presente no núcleo recebe o nome de

cromatina. Na divisão celular (mitose ou meiose), a cromatina torna-se altamente

compactada, constituindo os cromossomos (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005).

O grau de condensação máxima dos cromossomos ocorre na fase da divisão

chamada metáfase, portanto os cromossomos metafásicos permitem os estudos da

estrutura cromossômica (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005).

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Os cromossomos metafásicos são constituídos por dois filamentos chamados

cromátides , estas são unidas pelo centrômero (De ROBERTIS; HIB, 2001).

O centrômero tem função importante na separação das cromátides irmãs

durante a divisão celular, no momento da anáfase. A presença do centrômero divide

as cromátides em dois braços. Conforme a posição do centrômero, os cromossomos

podem ser classificados em três grupos: metacêntricos , submetacêntricos e

acrocêntricos . Os cromossomos metacêntricos possuem centrômero central,

dividindo os cromossomos em dois braços com tamanhos iguais; os

submetacêntricos apresentam centrômero longe do ponto central, deixando um

braço curto e um longo; nos cromossomos acrocêntricos o centrômero localiza-se

próximo de uma das extremidades, de forma que um dos braços é bastante curto

(De ROBERTIS; HIB, 2001).

Toda espécie animal e vegetal tem um cariótipo, complemento cromossômico

característico. O cariótipo é o conjunto de características constantes dos

cromossomos da espécie, quanto a número, tamanho e morfologia (JUNQUEIRA;

CARNEIRO, 2005).


OBTENÇÃO DE CROMOSSOMOS METAFÁSICOS A PARTIR DE MED ULA ÓSSEA

O objetivo desta atividade é preparar lâminas permanentes de

cromossomos metafásicos de rato.

Material:

■ rato

■ éter etílico

■ algodão

■ tesoura

■ pinça

■ seringa

■ copo de Becker

■ tubo de centrífuga

■ pipeta Pasteur

■ lâmina

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■ estufa 37ºC

■ centrífuga 1200 rpm

■ colchicina

■ solução hipotônica KCl 0,75 molar

■ fixador de Carnoy

■ solução de Giemsa

Procedimento:

1) aplicar com a seringa, na cavidade peritoneal do animal, 0,5 ml de colchicina a

0,025% para cada 100g de peso e esperar 2 horas;

2) anestesiar o animal com éter, dissecá-lo e retirar os fêmures. Descarnar e limpar

completamente os fêmures, desarticular da tíbia e cortar na altura da virilha (Figuras

13A e 13B);

3) cortar os fêmures, na região das epífises e injetar 10 ml de solução hipotônica.

Usando uma seringa, retirar a medula, coletar num becker e homogeneizar (Figuras

13C e 13D);

4) transferir o conteúdo do Becker, com o auxílio de uma pipeta Pasteur, para um

tubo de centrífuga e levar na estufa a 37ºC por 25 minutos (Figura 13E e 13F);

5) centrifugar a 1200 rpm por 10 minutos (Figura 13G);

6) descartar o sobrenadante usando a pipeta e adicionar cerca 8 ml de fixador de

Carnoy;

7) ressuspender o material e centrifugar novamente a 1200 rpm, por cerca de 5

minutos (Figura 13H);

8) repetir os dois últimos itens por duas vezes. Depois da última centrifugação,

eliminar o sobrenadante, adicionar cerca de 1 ml de fixador e ressuspender bem o

material.

9) pingar 3 ou 4 gotas da suspensão obtida em diferentes regiões de uma lâmina

bem limpa e conservadas em água quente, inclinando-as levemente;

10) deixar secar ao ar;

11) corar com solução de Giemsa diluída a 5% em tampão fosfato (pH=6,8),

durante 7 a 8 minutos;

12) lavar a lâmina com água destilada ou água corrente e deixar secar ao ar.

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Figura 13 – Etapas da obtenção de cromossomos metafásicos. A. Rato dissecado para retirada de

fêmures; B. Fêmur sendo descarnado e limpo; C. Medula óssea sendo retirada com auxílio de uma seringa; D. Homogeneização da medula em solução hipotônica; E. Transferência do conteúdo do Becker para o tubo de centrífuga; F. Material mantido em estufa a 37ºC; G. Centrífuga; H. Ressuspensão do material.

Informações complementares:

I) a colchicina interrompe a divisão celular na metáfase por ser uma droga alcalóide

que impede a formação do fuso;

II) para preparar o fixador de Carnoy usam-se 3 partes de metanol para 1 parte de

ácido acético glacial;

III) o material ressuspenso, no item 8, poderá ser guardado em freezer por vários

anos se acondicionado em pequenos frascos do tipo “Eppendorf”.

OBSERVAÇÃO DE CROMOSSOMOS METAFÁSICOS

Esta atividade tem como objetivo visualizar cromossomos metafásicos de

rato, fazer a contagem do número de cromossomos desta espécie, estabelecer o

seu número diplóide de cromossomos (número modal) e bem como identificar os

tipos cromossômicos presentes

Material:

■ lâmina permanente de medula óssea de rato, corada com Giemsa.

Procedimento:

1) observar a lâmina permanente de medula óssea de rato e visualizar o conjunto

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de cromossomos (“metáfase”). Use a objetiva de 10X;

2) usar a objetiva de 100X (imersão) para contar o número de cromossomos que

constituem este conjunto cromossômico. Para estabelecer o número modal da

espécie devem ser contados vários conjuntos cromossômicos;

3) visualizar os tipos de cromossomos e identificá-los como metacêntrico,

submetacêntrico, acrocêntrico e telocêntrico.

As imagens das metáfases são:

Figura 14 – Cromossomos metafásicos de rato. A. Metáfase entre alguns núcleos (coloração

Giemsa; aumento 1000X). B. Visualização de três metáfases entre vários núcleos (coloração Giemsa; aumento 1000X). C. Metáfase entre os núcleos, nas quais os cromossomos estão bem condensados (coloração Giemsa; aumento 1000X). D. Em destaque, uma metáfase contendo cromossomos com a sua forma bem definida (coloração Giemsa; aumento 1000X).

MONTAGEM DE CARIÓTIPO

O objetivo desta atividade é montar o cariótipo do rato formando os pares

cromossômicos de acordo com o seu tamanho e tipo.

Material:

■ conjunto de cromossomos metafásicos de rato capturado no fotomicroscópio e

impresso em folha sulfite;

■ tesoura

■ cola

■ folha sulfite

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Procedimento:

1) recortar cada um dos cromossomos metafásicos que compõe o conjunto;

2) formar os pares de acordo com o tamanho e o tipo cromossômico;

3) colar os pares na folha sulfite conforme a classificação e ordem decrescente de

tamanho.

O cariótipo montado apresenta-se da seguinte maneira:

Figura 15 – Cariótipo de rato. O número diploide é igual a 42 cromossomos, sendo 18 cromossomos

do grupo metacêntrico-submetacêntrico (M-SM) e 24 cromossomos do grupo acrocêntrico (A).

3.2 Ciclo celular e meiose

O ciclo celular compreende os processos que acontecem desde a formação

de uma célula até sua própria divisão em duas células-filhas, idênticas entre si


Durante o ciclo celular uma das etapas é aquela entre duas divisões

sucessivas chamada de interfase , onde a célula cresce e se prepara para nova

divisão; a outra etapa é a da divisão propriamente dita, na qual resultam duas

células-filhas e que se caracteriza pela divisão do núcleo, denominada cariocinese

ou mitose , seguida pela citocinese , divisão do citoplasma (JUNQUEIRA;

CARNEIRO, 2005).

MITOSE

A mitose é um tipo especial de divisão celular que ocorre nas células

somáticas e permite o crescimento de um tecido, de um órgão ou de todo um

organismo pluricelular devido à multiplicação do número de suas células. É

responsável também pela reposição de células mortas e pela regeneração de partes

danificadas de tecidos ou órgãos (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2005).

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Na mitose o número diplóide de cromossomas (2n) é mantido nas células

somáticas ao longo de toda a vida do indivíduo. Nela geram-se núcleos-filhos com o

mesmo número de cromossomas; logo as células-filhas são idênticas uma às outras

e às suas antecessoras. Para facilitar seu estudo, a mitose é subdivida em quatro

etapas: prófase, metáfase, anáfase e telófase (De ROBERTIS; HIB, 2001).

Durante a interfase a cromatina se duplica, ocorre a condensação gradual

das fibras de cromatina, até formar cromossomos. Com a desorganização do

envoltório nuclear, os microtúbulos do fuso se prendem nos cinetócoros, na altura

dos centrômeros, são eles que irão direcionar os cromossomos para a região

equatorial da célula; o nucléolo também se desorganiza, todos estes eventos

caracterizam a prófase (Figuras 16A e 16B).

Na metáfase , os cromossomos atingem o grau máximo de condensação

(Figuras 16C e 16D) e formam a placa metafásica devido ao alinhamento dos

cromossomos na região equatorial da célula.

Na anáfase , ocorre a separação dos centrômeros e a migração das

cromátides para os pólos opostos. As cromátides passam a receber o nome de

cromossomos-filhos.

Na telófase , os cromossomos-filhos alcançam os respectivos pólos. Ocorrem

a reconstituição dos núcleos e a citocinese, formando as células-filhas.

Figura 16 – Diferentes estágios de condensação do material genético: A. núcleo interfásico (coloração

Giemsa; aumento 1000X). B. Cromossomos em início de espiralização (coloração Giemsa; aumento 1000X). C. Cromossomos pré-metafásicos (coloração Giemsa; aumento 1000X). D. Cromossomos metafásicos, apresentando o grau máximo de espiralização (coloração Giemsa; aumento 1000X).

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MEIOSE

A meiose é o outro tipo de divisão celular e ocorre apenas nas células

germinativas. Caracteriza-se pela redução do número de cromossomos por meio de

duas divisões nucleares sucessivas – a primeira e a segunda divisão meiótica –

acompanhadas por uma única duplicação cromossômica, portanto as células-filhas,

gametas, possuem número haplóide (n) de cromossomas (De ROBERTIS; HIB,

2001, p.15).

A prófase da primeira divisão meiótica, ou prófase I, caracteriza-se pelo

pareamento dos cromossomos homólogos. Tal pareamento garante a posterior

disjunção dos cromossomos homólogos e permite a troca de segmentos entre os

cromossomos homólogos, chamada como recombinação genética, permuta ou

crossing-over. A prófase I é uma fase longa, sendo subdividida nas seguintes fases:

leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese.

No leptóteno, a cromatina começa a se condensar resultando em

cromossomos; no zigóteno, os cromossomos aproximam-se e pareiam, formando a

sinapse; no paquíteno, os cromossomos permanecem pareados; no diplóteno inicia-

se a separação entre os cromossomos homólogos, porém esta separação não é

total, formando os quiasmas, locais onde os homólogos permanecem ligados e

pontos onde ocorreu a permuta. Na última fase, diacinese, os cromossomos

homólogos sofrem repulsão, ocorrendo o deslocamento dos quiasmas para as

extremidades dos cromossomos; além disso, aumenta a condensação

cromossômica, ocorre a ruptura do envoltório nuclear e as fibras do fuso se ligam

para migrar os cromossomos para a placa equatorial.

Na metáfase I, os dois cromossomos homólogos dispõem-se na placa

equatorial. Na anáfase I, os cromossomos homólogos são levados para os pólos

opostos da célula e as cromátides-irmãs de cada cromossomo permanecem juntas.

Na telófase I, ocorre a descondensação cromossômica e reorganização dos dois

núcleos-filhos. Cada célula tem um número haplóide (n) de cromossomos, portanto a

meiose I é considerada divisão reducional.

A segunda divisão meiótica, meiose II é semelhante à mitose normal. É uma

divisão equacional do material genético, havendo a distribuição equitativa do

conteúdo de DNA entre os núcleos-filhos. Na anáfase II ocorre a disjunção das

cromátides-irmãs que migram para os pólos opostos da célula. Na telófase II, ocorre

a citocinese e resultam quatro células haplóides.

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OBSERVAÇÃO DAS FASES DA MITOSE

Esta atividade tem o objetivo de observar e identificar as 4 fases da mitose

em raiz de cebola.

Material:

■ cebola

■ copo com água

■ tubo de ensaio

■ lâmina

■ lamínula


■ papel de filtro

■ fixador etanol-ácido acético 3:1

■ ácido acético 45%

■ lamparina a álcool

■ corante orceína aceto-clorídrica

Procedimento:

1) deixar a cebola num copo com água, de modo que o bulbo fique mergulhado na

água.

2) coletar as raízes que se desenvolveram e alcançaram cerca de 1 a 2 cm e

colocar no fixador etanol ácido-acético por 24 horas;

3) transferir as raízes para um tubo de ensaio com o corante orceína aceto-

clorídrica e aquecer, repetindo este processo por mais duas vezes;

4) escolher uma raiz e colocar sobre a lâmina;

5) pingar uma gota de ácido acético 45% e cobrir com lamínula;

6) esmagar o material, batendo suavemente sobre a lamínula com o auxílio da

ponta de um lápis;

7) cobrir a lâmina com um pedaço de papel de filtro e pressionar o material com o

polegar;

8) observar a lâmina no microscópio e identificar as diferentes fases da mitose.

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Informação complementar:

I) se quiser conservar o material, após o procedimento do item 2, pode-se colocar

no álcool 70% e guardar na geladeira.

As fases da mitose visualizadas no microscópio na objetiva de 100X são:

Figura 17 – Fases da mitose. A. Prófase – início da condensação do material genético B. Metáfase –

posicionamento dos cromossomos na região equatorial da célula. C. Anáfase – migração das cromátides para os pólos opostos. D e E. Telófase – cromossomos-filhos nos pólos celulares. F. Citocinese – divisão do citoplasma. Coloração Orceína aceto-clorídrica; aumento 1000X.

OBSERVAÇÃO DAS FASES DA MEIOSE

A atividade sugerida tem o objetivo de observar as diferentes fases da

meiose na antera de milho.

Material:

■ inflorescência de milho

■ pinça

■ lâmina

■ lamínula


■ papel de filtro

■ bastão metálico

■ lamparina a álcool

■ corante carmim propiônico

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Procedimento:

1) coletar a inflorescência de milho e colocar no fixador Carnoy;

2) com a pinça, retirar algumas anteras e colocar sobre a lâmina;

3) cortar a parte basal das anteras para facilitar a retirada de todas as membranas e

tecidos, deixando apenas a massa celular;

4) cortar o material em pedaços bem pequenos usando a lâmina de barbear;

5) pingar uma gota de corante carmim propiônico e macerar com o bastão metálico

por alguns segundos;

6) colocar um prego em contato rápido com o material macerado para promover a

oxidação do corante e facilitar a visualização;

7) colocar a lamínula com cuidado, não deixando formar bolhas de ar;

8) cobrir a lâmina com pedaço de papel de filtro e pressionar o material com o

polegar;

9) observar a lâmina no microscópio e identificar as diferentes fases da meiose.

Informação complementar:

I) se quiser conservar o material, após o procedimento do item 1, pode-se colocar

no álcool 70% e guardar na geladeira.

As fases da meiose I visualizadas no microscópio na objetiva de 100X são:

Figura 18 - Fases da meiose I. A. Leptóteno. B. Zigóteno. C. Paquíteno. D. Diplóteno. E. Diacinese.

Estas subdivisões visualizadas anteriormente fazem parte da Prófase I. F. Metáfase I – cromossomos homólogos na região equatorial da célula . G. Anáfase I – Separação dos cromossomos homólogos . H e I.Telófase I – reorganização dos dois núcleos-filhos. Coloração carmim propiônico; aumento 1000X.

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As fases da meiose II visualizadas no microscópio na objetiva de 100X são:

Figura 19 – Fases da meiose II. A. Prófase II – reaparecimento das fibras do fuso. B. Metáfase II –

posicionamento dos cromossomos no plano equatorial da célula. C. Anáfase II – separação das cromátide-irmãs. D.Tétrade- quatro células-filhas haplóides.

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REFERÊNCIAS

ALBERTS, B. et al. Fundamentos de biologia celular: um introdução à biologia molecular da célula. Tradução de Ana Leonor Chies Santiago-Santos et al. Porto Alegre: Artes Médicas Sul, 1999. 757p. COOPER, G. M. A célula : uma abordagem molecular. Tradução de Itabajara da Silva Vaz Junior et al. Porto Alegre: Artmed, 2001. 712p. De ROBERTIS, E. M. F; HIB, J. Bases da biologia celular e molecular . Tradução de Telma Maria Tenório Zorn (Superv.) 3.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001. 418p. JORDÃO, B. Q. (Org.). Práticas de biologia celular . Londrina: Editora UEL, 1998. 163p. JUNQUEIRA, L. C. U. Biologia estrutural dos tecidos : histologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005. 225p. JUNQUEIRA, L. C. U.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular . 8.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005. 332p. MOREIRA, Marco Antonio. Teorias de aprendizagem. São Paulo: EPU, 1999. 195p. PARANÁ, Secretaria de Estado da Educação. Superintendência da Educação. Diretrizes curriculares da educação básica - Biolog ia. Curitiba, 2008.

da escola pÚblica paranaense 2009 · divisões celulares para a manutenção e continuidade da...

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