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BIOLOGIA Botnica

2012/2013 Departamento de Biologia Vegetal

Francisco Carrapio ([email protected])

http://azolla.fc.ul.pt/aulas/BiologiaBotanica.htm

l

Biologia (Botnica) 2012/13 F. Carrapio

Aulas 3, 4, 5 e 6

Clula procaritica e clula eucaritica vegetal


Bactria Clula vegetal

Procariotas versus Eucariotas Caractersticas Procariotas Eucariotas

Organismo (Domnio) Archaea e Bacteria Eukarya

Dimenso (mdia) 1-10 m 10-100 m (20-30 m)

Metabolismo Anaerbico ou aerbico Aerbico

Organizao endomembranar Simples, resultante de invaginaes da

membrana plasmtica

Complexa. Organitos celulares bem

definidos. Material gentico

compartimentado.

Organizao do DNA Molculas circulares no citoplasma Cromossomas (unidades independentes

lineares) no ncleo

Local da sntese do RNA e protenas No citoplasma RNA sintetizado e processado no

ncleo. Protenas sintetizadas no

citoplasma

Ribossomas 70S 80S

Citoplasma Sem citoesqueleto Com citoesqueleto

Ncleo Ausente Presente

Diviso celular

Bipartio / parassexual

Mitose ou meiose

Organizao

Unicelulares, por vezes coloniais

Unicelulares ou pluricelulares e neste

caso com diferenciao em tecidos

Estruturas locomotoras

Flagelos sem microtbulos Clios ou flagelos com microtbulos

Parede celular

(quando existente)

Presena de peptidoglicano Presena de celulose ou quitina.

Ausncia de peptidoglicano


OS 3 DOMNIOS DA VIDA

http://scienceblogs.com/clock/2007/01/current_biological_diversity.php


Archaea

Eubacteria

Eukarya

Carl Woese, 1998

Trs domnios

Contra a bifurcao procarionte-eucarionte

Baseado na sua classificao de 1977 (Archaebacteria, Eubacteria, Eukarya)


As origens

1683

Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723)

A Teoria Celular - 1838-39

Mathias-Jacob Schleiden (1804-1881)

1838

Theodor Schwann (1810-1882)

1839

Rudolph Virchow (1821-1910)

1855

1- Os organismos so formados por uma ou mais clulas; 2- As clulas so as unidades bsicas da vida; 3- Cada clula provm duma clula pr-existente;

1665

Robert Hooke (1635-1703)


Os instrumentos

1931

Ernst Ruska

Max Knoll


Microscpio Electrnico de Varrimento (MEV) 1 Microscpio Electrnico de Transmisso (MET)

1s Microscpios pticos

Ao lectivo 2010/11

Adapta

do d

e F

igueiredo, A

.C.

et al.,

1996

Quadro comparativo da microscopia ptica e electrnica


Procariontes

Escherichia coli

Oscillatoria sp.


As clulas vegetal e animal


Clula animal


Clula vegetal


Membrana plasmtica (modelo)

Fosfolpido Proteina globular

Protena oligosacrido

Colesterol

Glicolpido

Segmento hidrfobo de hlice alfa Biologia (Botnica) 2012/13 F. Carrapio

Membrana plasmtica

Funes

Controlar o movimento de Substncias para dentro e para fora da clula contra

Definir os limites da clula

Realizar funes especficas

Detectar sinais externos

a favor


Membrana celular


http://www.cellsalive.com/channels.htm

CITOSQUELETO


Citosqueleto Biologia (Botnica) 2012/13 F. Carrapio

Dinmica dos microtbulos


CITOSQUELETO

Responsvel por:

i) suporte estrutural para a membrana plasmtica e organitos celulares

ii) movimento intracelular dos organitos e outros componentes do citosol

iii) estrutura de clios e flagelos

iv) contraco muscular, em associao com filamentos de miosina e outras protenas

v) mecanismos de fagocitose

vi) formao do fuso acromtico na mitose

vii) reforo da membrana plasmtica

Rede tridimensional de filamentos proteicos que preenche o citoplasma


Dinmica vacuolar


Plasmlise


Continuidade dinmica das membranas celulares GERL

Golgi

Regiao trans

Regiao cis Endocitose

Exocitose

Vescula secretora

Lisosoma

RE

Membrana plasmatica

Envelope nuclear



Estrutura da mitocndria

Mitocndrias


Retculo endoplasmtico


Cloroplastos


Actividade

fotossinttica

Biologia (Botnica) 2012/13

F. Carrapio

Peroxissomas

clula vegetal

clula animal

Richard Trelease


Ncleo

http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookTOC.html


Mitose


Teoria Endossimbitica Sequencial

1967

Lynn Margulis (1938-2011)

(Microbiology Today, vol. 31, Nov. 2004)

Contribuio extraordinria para a reabilitao e desenvolvimento das ideias simbiognicas aplicadas ao mundo celular, explicando duma maneira clara e elegante a transio entre os nveis procaritico e eucaritico da organizao biolgica


In 1878 Heinrich Anton de Bary (1831-1888)

introduz o conceito de simbiose como a vida

conjunta de organismos diferentes.

In 1867, Simon Schwendener (1829-1919) introduz

a hiptese dualista para explicar a natureza dos

lquenes, indicando que estes eram uma

associao de dois organismos, um fungo e uma

alga, comportando-se respectivamente como

senhor e escravo.

Antecedentes...


Lquenes

1 + 1 = 1

1 + 1 = 2 fungo

alga

novo organismo

X

Usnea Parmelia


Elysia chlorotica um animal com plastos

Este gastrpode marinho forma uma simbiose intracelular com cloroplastos

da alga Vaucheria litorea (Phylum Chrysophyta) Biologia (Botnica) 2012/13 F. Carrapio

Rumpho M. E. et.al. PNAS (2008),105:17867-17871


Transferncia horizontal de genes

de Wolbachia (endossimbionte) para eucariontes multicelulares em:

4 espcies de insectos e em 4 espcies de nemtodes

Microscopia de fluorescncia, mostrando a relao Wolbachia/hospedeiro no cromossoma 2L de

Drosophila ananassae. A verde o gene WD_0484 de Wolbachia.

Dunning-Hotopp et al. (2007) Science, vol. 317: 1753-1756, 21 September Biologia (Botnica) 2012/13 F. Carrapio

Em 1909, o bilogo russo Constantin Merezhkowsky (1855-

1921) introduz o conceito de simbiognese, definindo-o

como a origem de organismos pela combinao ou

associao de dois ou mais seres que entram em simbiose

Neste trabalho, introduz no apenas este novo conceito em biologia, como tambm

desenvolve importantes ideias sobre a origem da vida, nomeadamente sobre o papel

dos organismos extremfilos neste cenrio evolutivo, 15 anos antes do trabalho de

Oparin.

Simbiognese deve ser compreendida como um mecanismo evolutivo e simbiose como o

veculo, atravs do qual esse mecanismo se desenrola.

Simbiognese Uma nova forma de olhar a evoluo


Presentemente, o trabalho desenvolvido por Lynn Margulis e

colaboradores desde o final da dcada de 60 do sculo XX, um

importante contributo para a reabilitao e desenvolvimento das

ideias simbiognicas.

Pioneiros no mbito

dos estudos

simbiognicos

Lynn Margulis (1938-2011)

Andreas Schimper (1856-1901)

1883

Shosaburo Watas

(1862-1929)

1893

Felix dHrelle

(1873-1949)

1917

Paul Portier (1866-1962)

1918

Ivan E. Wallin

(1883-1969)

1927

Anton de Bary (1831-1888)

1878

1907

Andrey Famintsyn (1835-1918

Albert Bernhard Frank (1839-1900)

1876

Boris Kozo-Polyansky (1890-1957)

1924


Comparao entre os esquemas filogenticos de acordo com a

Teoria Sinttica da Evoluo (1) e o ps-Neodarwinismo (2)

1 2

Doolittle, 2000


A Clula como um Microcosmos Natural

The eukaryotic cell is a co-evolved microbial community and,

therefore, more comparable to an ecological unit ...

Lynn Margulis, 2000

A clula est separada do exterior por uma

membrana semi-permevel, a membrana

celular, criando um compartimento com

caractersticas prprias. Por outro lado os

fluxos de informao, energia e metabolitos que

ocorrem no seu interior, podem comparar-se

aos processos de circulao de energia e

matria num ecossistema. A relao entre

clulas pode igualmente ser enquadrada no

contexto da interaco entre ecossistemas.

Microcosmos naturais podem ser definidos

como pequenos ecossistemas

parcialmente isolados. Estes contentores

naturais apresentam auto-organizao e

uma estrutura ecolgica definida. Este

conceito pode ser aplicado unidade

estrutural e funcional da organizao

biolgica: a clula.


De que maneira esta abordagem nos pode ajudar a compreender melhor a origem da vida no nosso planeta e fora dele?

As ideias de Oparin e Haldane constituem as bases da

hiptese heterotrfica da origem da vida, tendo sido

reforadas pelos resultados positivos da experincia Miller-

Urey de 1953.

Estas abordagens formam o edifcio terico que

presentemente os investigadores utilizam para enquadrar e

pesquisar a formao da vida no domnio astrobiolgico.

Enquanto Oparin deu prioridade evolutiva ao metabolismo,

Haldane deu replicao, e a escolha entre estas duas alternativas

ainda hoje divide o campo das teorias sobre a origem da vida.

Aleksandr Oparin (1894-1980)

John Haldane (1892-1964)

Stanley Miller (1930-2007)


Estas duas teorias foram construdas no princpio de que a

evoluo era um processo estritamente Darwinista sem qualquer

envolvimento cooperativo ou sinergstico.

Acreditamos que esta abordagem deve igualmente incluir uma

perspectiva simbiognica, introduzindo novos conceitos que permitam

a compreenso do mundo natural num sentido mais cooperativo e

eventualmente mais prximo da realidade. Neste sentido, a expresso

convencional sobrevivncia do mais apto no pode, nem deve, ser

aplicada na sua forma tradicional.


Em Maio de 1953 Stanley Miller publica na revista Science

Com esta experincia teve incio uma nova etapa nos estudos sobre a origem da vida formao de compostos orgnicos em condies abiticas


Uma estratgia cooperativa e sinergstica deve ser considerada como tendo sido

determinante para o desenvolvimento da sobrevivncia do mais apto,

particularmente sob condies ambientais extremas.

Um exemplo representativo so os estromatlitos, considerados como a primeira

estratgia ecolgica desenvolvida para a sobrevivncia na Terra primitiva, no para

um organismo, mas para uma comunidade de organismos. Esta abordagem pode

igualmente ser aplicada evoluo pr-bitica.

A Primeira Grande Estratgia de Sobrevivncia



Estromatlitos Estruturas organo-sedimentares laminadas (maioritariamente constitudas por CaCO3)

Produto da actividade metablica de microrganismos (principalmente de cianobactrias)

So o registo mais antigo de vida na Terra. Os estromatlitos mais antigos so os do Warrawoona, Austrlia, com 3,5 mil milhes de anos

Os organismos construtores de estromatlitos so fotossintticos. Foram os primeiros oxigenadores da atmosfera e os primeiros recicladores de carbono

Ser a vida um imperativo csmico?

Modelo Exgeno versus Modelo Endgeno


Pizzarello et al., 2001

Meteoros

Murchison - Austrlia (1969)

Lago Tagish - Canad (2000)

Condrites carbonceas

Em 2008 foram descobertos nucletidos de cidos nucleicos no

meteoro de Murchison Biologia (Botnica) 2012/13 F. Carrapio

As Clulas Primordiais

A formao de sistemas protocelulares inicia-se, na nossa perspectiva, com a auto-

organizao de membranas primitivas em meios aquticos criando uma barreira e definindo a

separao entre os meios exterior e interior.

In Deamer et al. , 1994

Estas membranas podiam-se formar espontaneamente no

meio pr-bitico ou mesmo em alguns corpos csmicos. A

presena de compostos anfiflicos isolados do meteorito de

Murchison, que apresentam a capacidade de se auto-organizar

em vesculas membranares, pode indicar uma possvel via de

como estes sistemas primitivos se teriam formado e evoludo.

Nestes casos, a vida nas condies ambientais pr-

biticas envolveria o desenvolvimento de sistemas celulares

encapsulados com replicao em que macromolculas

apresentariam propriedades catalticas.


Seremos os nicos...?

Hubble deep field


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