Introdução à Biologia Celular

Biologia é a ciência que estuda a vida

Explorando a Vida

• O estudo da vida vai da escala microscópica das

moléculas e células que constituem os organismos à

escala global de todos os seres vivos do planeta.

Níveis de Organização Biológica

1. Biosfera2. Ecossistemas3. Comunidades4. Populações5. Organismos

6. Órgãos7. Tecidos8. Células9. Organelas10. Moléculas

Os ecossistemas• A vida não existe em um vácuo. Cada organismo

interage continuamente com o ambiente, que inclui

outros organismos e fatores abióticos.

Produtores

(plantas e outros Organismos fotossintetizantes)

Consumidores

(Incluindo animais)

Calor

Calor

Ecossistema

Luz Solar

Dinâmica dos ecossistemas

• A dinâmica de um ecossistema inclui dois processos

principais: 1) ciclo dos nutrientes (ex: mineirais

absorvidos pela raiz retornam ao solo pela

decomposição da matéria orgânica pelos

microrganismos); 2) fluxo de energia da luz solar

para os produtores e consumidores. Produtores são

as plantas e outros organismos (convertem a luz em

energia química) e consumidores são organismos

como os animais que alimentam-se dos produtores

ou consumidores.

Células• Considerando-se a hierarquia estrutural da vida, a

célula é considerada como o nível organizacional mais baixo que é capaz de executar todas as atividades para a vida.

Célula pulmonar em

divisão.

As células possuem informação que é herdável

• As células apresentam uma molécula chamada de

DNA que é a substância dos genes (unidades da

herança que transmitem as informações dos

parentais à descendência).

DNA é o material genético dos seres vivos• A estrutura molecular do DNA é formada por duas

longas cadeias antiparalelas chamadas de dupla-

hélice. As cadeias são formadas por nucleotídios.

• Todas as células compartilham certas características. Por exemplo, cada célula é envolta por uma membrana que regula a passagem de materiais entre as células ou suas “vizinhanças”. Toda célula usa o DNA como informação genética.

• Duas formas de células podem ser distinguidas: as células procariotas e as células eucariotas.

Existem duas formas principais de células

• As células eucariotas são subdividas por um complexo sistema de membranas internas e resultam em vários subcompartimentos (organelas). Apresentam ainda organelas endosimbiontes(mitocôndrias e cloroplastos) e um maior conteúdo de DNA do que as células procariotas.

• As células procariotas são muito mais simples e geralmente menores que as eucariotas. Em função da ausência de um sistema de endomembranasdesenvolvido, o DNA não está confinado em uma organela envolta por membrana.

Reducionismo X Sistemas Biológicos

• O Reducionismo consiste na redução dos

complexos sistemas biológicos à componentes

mais simples para facilitar o estudo. Como

exemplo, o estudo da estrutura molecular do DNA

(extraído das células) permitiu o entendimento

sobre as bases da herança.

Sequenciamento automático do DNA

• Os sistemas biológicos são muito mais do que as

somas das partes. A combinação de componentes

pode formar uma organização muito mais complexa

chamada de sistema. O futuro da biologia consiste

principalmente no entendimento do comportamento

do todo, de sistemas integrados.

Mapa de sistema de interações entre proteínas em uma célula. Este

Diagrama mapeia cerca de 3.500 proteínas e suas interações em uma

célula de um inseto.

Célula

Núcleo

Citoplasma

Membrana externae Superfície Celular

Biólogos exploram a vida através da grande diversidade das espécies

• A diversidade é uma característica fundamental dos

seres vivos. Até o momento já foram identificadas

cerca de 1.800.000 espécies. Esta diversidade inclui

cerca de 5.200 espécies conhecidas de procariotos,

100.000 fungos, 290.000 plantas, 52.000

vertebrados e 1.000.000 de insetos.

• Os pesquisadores identificam dezenas de milhares

de novas espécies por ano e estima-se que o número

de espécies varie de 10 a 200 milhões.

Três domínios da vida

• Apesar de haver ainda muita discussão quanto à

classificação dos seres vivos, podemos considerar

três domínios: Bacteria, Archaea e Eucarya.

• Os domínios Archaea e Bacteria são procariotos.

Todos os eucariotos estão agrupados em vários

Reinos dentro do domínio Eukarya.

Três domínios da vida

Aplicações da Biologia Celular e Molecular

Animais transgênicos

VítorVítorVítorVítor

Plantas transgênicas

Biotecnologia: fusão de células vegetais gerando uma nova planta

Andi

Animais transgênicos

Dolly

Copycat

Citogenética: esclarecendo a origem de espécies vegetais

Mutantes de trigo com variação no número de

cromossomos

T. aestivum(n=21)

T. monococcum (n=7)Triticum dicoccum (n=14)

Planta sadia

Controle de doenças

Planta infectada com

vírus

Pesquisas na área humana

Células deriváveis das células tronco humanas pluripotentes (hPSCs)

Doenças Alvo

Células produtoras de Insulina Diabetes

Células do sistema nervoso Mal de Parkinson, Mal de

Alzheimer, Danos na coluna

Células do músculo cardíaco Ataques do coração, Falhas na

formação de artérias

Células do fígado Hepatite, Cirrosis

Células sanguíneas Câncer, Imunodeficiências

Células ósseas Osteoporose

Células cartilaginosas Artrite

Células do sistema ocular Degenerações

Células da pele Queimaduras

Células do músculo esquelético Distrofia muscular