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Citologia - História e Introdução

Biologia celular (histologia e citologia) é o ramo da biologia que estuda ascélulas no que diz respeito à sua estrutura, suas funções e sua importância na complexidade dos seres vivos.

CITOLOGIA - Kytos (célula) + Logos (estudo)

É a subdivisão da biologia que se preocupa em estudar a vida em nível celular, ou no seu aspecto, morfológico, fisiológico, bioquímico, genético e evolutivo. As células são a menor unidade morfofuncional e genética da maioria dos seres vivos.

A célula foi descoberta em 1665 por Robert Hooke ao analisar, com um microscópio rudimentar, um pedaço de cortiça. Hooke percebeu que o material era composto por pequenas cavidades em formato poliédrico e as denominou célula (ou cella, que significa cavidade em latim). Na verdade estas cavidades eram as paredes celulares de células vegetais. 

A TEORIA CELULAR

Através das descobertas acerca das células, criou-se a teoria celular, tendo em vista seus fundamentos.

Uma das mais importantes generalizações da Biologia é a teoria que afirma:

Todos os organismos vivos são formados por células.

Tal generalização estende-se desde os organismos mais simples, como as bactérias ou amebas, até os mais complexos, como o homem ou uma frondosa árvore.A maior parte dos seres vivos conhecidos é unicelular (formados por uma única célula). Neste grupo se encontram as bactérias, os protozoários e alguns fungos. Já os animais, plantas e boa parte dos fungos são pluricelulares (formados por mais de uma célula), podendo apresentar desde poucas até milhões de células. E como dito anteriormente, os vírus são acelulares.

Todas as reações metabólicas de um organismo  ocorrem em nível celular.

Em qualquer organismo, as reações vitais sempre acontecem no interior das células. Assim, quando um atleta está correndo, toda a atividade muscular envolvida no processo tem lugar no interior da célula muscular.

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As células se originam unicamente de células preexistentes.

Não existe geração espontânea de células. Por meio de processos de divisão celular, as células-mães produzem células-filhas, provocando a reprodução e o crescimento dos organismos.

As células são portadoras de material genético.

As células possuem DNA (ácido desoxirribonucléico), por meio do qual características específicas são transmitidas da célula-mãe à célula-filha.

NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO

Existem vários níveis hierárquicos de organização entre os seres vivos, começando pelos átomos e terminando na biosfera.

Átomos e moléculas - Os átomos forma toda a matéria que existe. Eles se unem por meio de ligações químicas para formar as moléculas, desde moléculas simples como a água (H2O), até moléculas complexas como proteínas, que possuem de centenas a milhares de átomos. Como já vimos, a matéria viva é formada principalmente pela união dos átomos (C) Carbono, (H) Hidrogênio, (O) Oxigênio e (N) Nitrogênio.

Organelas e Células - As organelas são estruturas presentes no interior das células, que desempenham funções específicas. São formadas a partir da união de várias moléculas. A célula é a unidade básica da vida, sendo imprescindível para a existência dela. Existem vários tipos de células, cada uma com sua função específica.

Tecidos Os tecidos são formados pela união de células especializadas. Os tecidos estão presentes apenas em alguns organismos multicelulares como as plantas e animais. Um exemplo de tecido é o muscular tem a função de produzir os movimentos musculares, o tecido ósseo, formado pelas células ósseas tem a função de sustentar o organismo.

Órgãos- Os tecidos se organizam e se unem, formando os órgãos. Eles são formados de vários tipos de tecidos, por exemplo. O coração é formado por tecido muscular, sanguíneo e tecido nervoso. Os ossos são formados por tecido ósseo, sanguíneo e nervoso.

Sistemas - Os sistemas são formados pela união de vários órgãos, que se trabalham em conjunto para exercer uma determinada função corporal, por exemplo, o sistema digestório, que é formado por vários órgãos, como boca, estômago, intestino, glândulas, etc.

Organismo - A união de todos os sistemas forma o organismo, que pode ser uma pessoa, uma planta, um peixe, um cachorro, um pássaro, um verme, etc.

População - Dificilmente um organismo vive isolado, ele interage com outros organismos da mesma espécie e de outras espécies, e também com o meio ambiente. O conjunto de organismos da uma mesma espécie, interagindo entre si e que habitam uma determinada região, em uma determinada época, chama-se população.

Comunidade - O conjunto de indivíduos de diferentes espécies interagindo entre si numa determinada região geográfica, ou seja, conjunto de diferentes populações vivendo juntas e interagindo é chamado de comunidade. O “Cerradinho”, uma reserva ecológica dentro da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, é uma comunidade que abriga diferentes populações de plantas e animais nativos da região.

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Ecossistema = O ecossistema é o conjunto dos seres vivos da comunidade, com os fatores não vivos, como temperatura, luminosidade, umidade e componentes químicos. Esses fatores não vivos são chamados de fatores abióticos. Os seres vivos são chamados de fatores bióticos. A interação entre os seres bióticos e os abióticos recebe o nome de ecossistema. Por exemplo, uma população de jacarés que está tomando sol em cima de uma pedra, nas margens de um rio.

Biosfera - A biosfera é o conjunto de todos os ecossistemas do planeta Terra. A biosfera é a mais alta de todas as hierarquias.

CLASSIFICAÇÃO DAS CÉLULAS

De acordo com o número de células podem ser divididas em:

Unicelulares - Bactérias, cianófitas, protozoários, algas unicelulares e leveduras. Pluricelulares - os demais seres vivos.

De acordo com a organização estrutural, as células são divididas em:

Células Procariontes Células Eucariontes

CÉLULAS PROCARIÓTICAS X CÉLULAS EUCARIÓTICAS

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As células procariontes ou procarióticas, também chamadas de protocélulas, são muito diferentes das eucariontes. A sua principal característica é a ausência de carioteca individualizando o núcleo celular, pela ausência de algunas organelas e pelo pequeno tamanho que se acredita que se deve ao fato de não possuírem compartimentos membranosos originados por evaginação ou invaginação. Também possuem DNA na forma de um anel não-associado a proteínas (como acontece nas células eucarióticas, nas quais o DNA se dispõe em filamentos espiralados e associados à histonas).

Estas células são desprovidas de mitocôndrias, plastídeos, complexo de Golgi, retículo endoplasmático e sobretudo cariomembrana o que faz com que o DNA fique disperso no citoplasma.

A este grupo pertencem seres unicelulares ou coloniais: Bactérias, Cianofitas (algas cianofíceas, algas azuis ou ainda Cyanobacteria) e PPLO ("pleuro-pneumonia likeorganisms") ou Micoplasmas

Células Eucariontes

As células eucariontes ou eucarióticas, também chamadas de eucélulas, são mais complexas que as procariontes. Possuem membrana nuclear individualizada e vários tipos de organelas. A maioria dos animais e plantas a que estamos habituados são dotados deste tipo de células. É altamente provável que estas células tenham surgido por um processo de aperfeiçoamento contínuo das células procariontes. 

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CÉLULAS ANIMAIS X CÉLULAS VEGETAIS

Há dois tipos de células eucarióticas: animais e vegetais. Apesar de terem três partes bem diferenciadas e comuns a todas elas (a membrana plasmática, o citoplasma e o núcleo), apresentam diferenças: existem estruturas exclusivas das células animais e outras exclusivas das células vegetais.

Célula Animal

Seja qual for o tipo de ser vivo que apresenta células como a dos animais, essas células têm uma série de características que as distinguem das plantas. Por exemplo, são desprovidas de parede celular e de cloroplastos, mas apresentam centríolos, estruturas ausentes nas plantas mais complexas.

Partes de uma célula animal:

Em praticamente todas as células podemos distinguir três partes: a membrana plasmática, o citoplasma e o núcleo. A membrana celular ou plasmática é uma estrutura que delimita a célula e a separa do meio onde se encontra, mas não isola completamente a célula, pois permite o intercâmbio de substâncias do interior ao exterior e vice-versa.

O citoplasma ocupa o espaço situado entre a membrana e o núcleo. Esse espaço está preenchido de um fluido, o hialoplasma (ou citosol), no qual se encontram os orgânulos celulares ou citoplasmáticos e o citoesqueleto (uma série de microfilamentos e microtúbulos que dão forma à célula).

O núcleo é uma estrutura mais ou menos esférica que se encontra no interior da célula, delimitado por uma estrutura membranosa (o envoltório nuclear). Assim como a membrana celular, o envoltório nuclear permite o intercâmbio de determinadas substâncias entre o núcleo e o citoplasma.

Cada uma das partes tem sua função. A célula é uma unidade biológica de funcionamento: realizam as três funções vitais (nutrição, relação e reprodução). Caso uma célula pertença a um ser pluricelular, ela pode ser especializada no desempenho de uma determinada função.

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ESTRUTURA DE UMA CÉLULA ANIMAL:

1. Membrana celular. É formada por uma camada dupla de fosfolipídios, com colesterol e proteínas. É uma capa dinâmica e flexível, na qual podem ser formadas vesículas para englobar substâncias; essas vesículas podem se unir a outras no interior da célula. Substâncias podem atravessar a membrana celular por simples difusão (como o gás oxigênio) ou mediante transporte ativo, com consumo de energia.

2. Citosol. Fluido que ocupa o citoplasma; imersos nele encontram-se os orgânulos celulares.

3. Núcleo. Delimitado por um envoltório nuclear, no interior do núcleo há o nucléolo e os filamentos de material genético.

4. Retículo endopiasmático. Conjunto de membranas que formam sáculos e tubos conectados entre si com a membrana celular e o envoltório nuclear. Há dois tipos: o RE rugoso, que tem ribossomos, e o RE liso, sem eles. Transporta, armazena e modifica proteínas e lipídios pela célula.

5. Complexo golgiense. Conjunto de cinco a dez sáculos achatados. Realiza secreção celular.

6. Centríolos. Presentes em células animais e ausentes em plantas mais complexas, são formados por tubos de proteínas; estão relacionados à organização do citoesqueleto e aos movimentos (cílios e flagelos).

7. Vesículas. Estruturas membranosas pequenas que transportam substâncias, podem se unir à membrana e eliminar seu conteúdo para fora da célula.

8. Ribossomos. Pequenos orgânulos cuja função é produzir proteínas. Na ilustração, aparecem formandocadeias.

9.  Citoesqueleto. Filamentos proteicos que constituem uma rede dão forma à célula e participam do transporte de substâncias.

10. Mitocôndrias. Encarregadas de realizar respiração celular, um conjunto de reações químicas mediante as quais a célula obtém energia.

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Algumas células animais também possuem estruturas relacionadas com movimento (cílios ou flagelos), que não existem em plantas mais complexas.

Célula Vegetal

Elas constituem o organismo das plantas. Células vegetais têm uma parede celular que recobre sua superfície, proporcionando proteção e resistência. No citoplasma, abrigam orgânulos exclusivos delas, oscloroplastos, responsáveis pela fotossíntese.

Estruturas únicas das células vegetais:

Parece celular: a parede das células vegetais é uma parte essencial delas, além de ser um elemento diferenciador em relação às células animais. Tem funções de proteção e sustentação. Embora seja formada por celulose, há casos em que se apresenta impregnada com uma substância mais rígida, a lignina. Isso ocorre em muitas células componentes da madeira do tronco das árvores. Em razão de sua presença na parede das células vegetais, a celulose é, sem dúvida, o polissacarídio mais abundante na Terra.

Além da parede celular, as células vegetais caracterizam-se pela presença de orgânulos chamados plastos (ou plastídios) e pela existência de grandes vacúolos.

Os plastos são característicos de células vegetais e das algas; podem ser de vários tipos e realizam muitas funções. Os amiloplastos, por exemplo, são importantes, pois armazenam amido como substância de reserva. Os plastos mais importantes, contudo, são os cloroplastos, os orgânulos que realizam fotossíntese. Têm um pigmento verde, a clorofila, substância-chave na captação de luz solar. A maioria das plantas é verde em razão da presença desse pigmento. As células vegetais também se distinguem dos animais pela presença de estruturas com forma de bolsas, os vacúolos, que podem apresentar grande volume.

Os vacúolos armazenam substâncias (água, moléculas orgânicas, substâncias residuais). A célula vegetal adulta tem a presença de um único vacúolo central e o núcleo deslocado para a periferia.

As partes de uma célula vegetal:

De modo semelhante ao das células animais, nas células vegetais podem-se distinguir três partes.

A membrana é muito parecida com a das células animais e apresenta as mesmas funções, ainda que esteja recoberta pela parede celular. A rigidez dessa cobertura complexa exige mecanismos de união e comunicação entre as células vegetais que constituem um tecido.

O citoplasma contém diversos orgânulos e é preenchido pelo fluido chamado citosol.

No interior celular encontra-se o núcleo, que realiza exatamente as mesmas funções desempenhadas pelo núcleo das células animais.

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ESTRUTURA DE UMA CÉLULA VEGETAL:

1. Conjunto de membrana celular e parede celular. Na ilustração, aparecem também as paredes das células vizinhas, assim como as estruturas que permitem a união das células e a passagem de determinadas substâncias entre elas.

2. Citosol. Fluido que ocupa o citoplasma, similar ao das células animais. Em razão da existência do grande vacúolo, o espaço ocupado pelo citosol é proporcionalmente menor em determinadas células vegetais.

3. Vacúolo. É uma grande vesícula que armazena substâncias. Por exemplo, na epiderme da laranja, o vacúolo acumula o óleo essencial responsável pelo odor característico do fruto. Em outros casos, simplesmente armazena água. Nas células animais, encontram-se pequenas vesículas, envolvidas com empacotamento de materiais, seu transporte e secreção.

4. Cloroplastos. São orgânulos com uma membrana que os separa do citoplasma e em cujo interior há acúmulos de sáculos formados também por membranas; nesses sáculos encontra-se a clorofila. Os cloroplastos estão presentes em células de partes verdes das plantas - folhas e caules jovens - e não são encontrados em outras regiões da planta. Em órgãos destinados a armazenar reservas (como os tubérculos das batatas), os plastos presentes são chamados amiloplastos, orgânulos especializados em acumular glicídios na forma de amido.

5. Complexo golgiense. Conjunto de cinco a dez sáculos achatados, com as mesmas funções principais executadas nas células animais.

6. Mitocôndrias. Como ocorre em células animais, esses orgânulos encarregam-se da respiração celular.A diferença é que, nas células vegetais, os glicídios que participam das reações da respiração celular provêm do metabolismo autótrofo e não da matéria orgânica conseguida no ambiente.

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7. Retículo endoplasmático. Com as mesmas funções que desempenha em células animais, também se distinguem o retículo endoplasmático liso e o rugoso. No rugoso, aderidos às membranas encontram-se ribossomos, cuja função é a síntese de proteínas.

8. Núcleo celular. De mesma estrutura e função que nas células animais. Em células vegetais, não se encontra no centro celular, mas deslocado para a periferia, como conseqüência do crescimento do vacúolo.

Acima está outro modelo de uma célula vegetal. É importante lembrar que cada tipo célula possui uma diferente estrutura.

MICROSCOPIA

A microscopia é um processo básico de toda a biologia moderna, sendoresponsável por algumas dasmais importantes descobertas relacionadas com avida, como é o caso da célula e de toda a sua estrutura funcionamento.

O microscópio é um instrumento que permite a observação de pequenos seres ou estruturas não perceptíveis a olho nu. Há vários tipos de microscópio: Simples ou lupa, ampliação até 600 x; Óptico ou composto, ampliação até 2000 x; Eletrônico, ampliação até 2.000.000 x; Protônico, ampliação até 1.000.000 x. O microscópio mais usado nos laboratórios é o óptico. Ele consta, basicamente, de uma parte mecânica, uma parte óptica e um sistema de iluminação.

PIONEIROS DA MICROSCOPIA SIMPLES

Leeuwenhoek (1632-1723): apesar de usar um microscópio muito rudimentar construído por ele mesmo, contestou a teoria da geração espontânea, vigente na época, demonstrando que os gorgulhos, as pulgas e os mexilhões não surgiam espontaneamente, a partir de grãos de trigo ou areia, mas se desenvolviam a partir de ovos diminutos.

Leeuwenhoek construía suas próprias lentes e entre suas descobertas, pode-se destacar que ele: confirmou a existência e ampliou os conhecimentos sobre a rede de capilares; descreveu os glóbulos vermelhos, protozoários e espermatozoides, além de descrever três tipos de bactérias: os bacilos, os cocos e os espirilos.

Marcello Malpighi (1628 - 1694): Utilizava microscópios de sua própria fabricação. Ele foi o primeiro a observar os glóbulos vermelhos e afirmar que eram eles que davam a cor ao sangue. Estudou a pele,

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descobrindo e descrevendo a Derme, as papilas da língua, os alvéolos pulmonares, a rede de capilares, as células piramidais do cérebro e os Glomérulos dos Rins. Embora não tenha sido preservado nenhum microscópio de origem malpighiana confirmada, acerdita-se que ele usava um microscópio como o da imagem ao lado que é de um microscópio do final dos anos 1600 (Scienza Giovane).

Robert Hooke (1635-1703): criou microscópios e fez importantes observações nesses instrumentos. Estudou a anatomia dos insetos e das penas de aves. Foi ele o primeiro a utilizar o termo célula com a mesma aplicação atual.

Joseph J. Lister (1786-1869): acrescentou lentes acromáticas aos microscópios compostos reduzindo, em muito, as distorções. Com isso, estes microscópios passaram a ser utilizados pelos microscopistas.·.

PIONEIROS DA MICROSCOPIA COMPOSTA.

Robert Brown (1773 - 1858): Descobriu o movimento browniano. Realizou estudos pioneiros sobre o núcleo das células vegetais. Cunhou o termo Núcleo.

Hugo vonMohl (1805-1872): Em 1846, ele usou pela primeira vez o termo protoplasma para descrever a substância transparente e semifluida do interior das células vegetais, distinguindo-a da parede e do núcleo celulares. Atualmente utiliza-se o termo citoplasma.