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BiologiaVivian L. Mendonça
ENSINO MÉDIO
BIOLOGIA 1º- ANO
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EcologiaOrigem da Vida e Biologia Celular Embriologia e Histologia
1MANUAL DO PROFESSOR
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Introduçãoà Citologia emembranas celulares
2 Célula: tamanho, forma e funçõesA célula é considerada a unidade fundamental de um ser vivo. Existem seres
unice- lulares, ou seja, aqueles formados por uma única célula, como as bactérias, as amebas e as euglenas. Os unicelulares correspondem à maior parte da biodiversidade conhecida.
Os multicelulares possuem mais de uma célula, que atuam em conjunto, de forma harmônica, promovendo o metabolismo do organismo. Como você já sabe, uma célula sempre se origina de uma célula preexistente. As plantas e os animais (com exceção das esponjas) são multicelulares com células organizadas em tecidos. Os fungos e as algas multicelulares não possuem tecidos verdadeiros.
PENSE E RESPONDA
Consulte o glossário etimológico e confira o significado da palavra citologia .
A Euglena é um exemplo de ser vivo unicelular.É um organismo de água doce, com cercade 80 µm de comprimento. A célula é o objeto de estudo desta unidade.
O macaco-azul é um animal da ordem dos primatas, nativo de florestas da África, e se alimenta de folhas das árvores. Seu corpo mede cerca de 50 cm de comprimento, sem considerar a cauda.Lembrando que os animais e as plantas são multicelulares, veja, no detalhe, células epiteliais de primatae células da epiderme da folha.
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7Citologia significa estudo (logia) da célula (cito).
COMENTÁRIOSGERAIS
1 Citologia: estudo da célulaNo capítulo 1, há uma breve apresentação do conceito de célula, com a
discus- são do que é essa estrutura e sua composição química básica. Também são apre- sentadas algumas informações sobre processos que ocorrem dentro das células, como a fotossíntese, a respiração celular e a fermentação.
No entanto, essas informações iniciais precisam ser aprofundadas, pois, com- preendendo melhor o que é uma célula e como ela funciona, você poderá tam- bém compreender melhor “o que é a vida”, objeto de estudo da Biologia.
Esses conhecimentos terão um papel importante para a sua vida, pois cuidar da saúde é sinônimo de cuidar de suas próprias células!
Nesta unidade estudaremos Citologia , que significa “estudo da célula”. Vamos iniciá-la analisando tamanho, número e estrutura – e você verá que existem mui- tos tipos de células!
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Óvulo e espermatozoide da espécie humana. Compare as dimensões dessas duas células. Os espermatozoides medem cerca de 65 µm de comprimento.
ATENÇÃO
O micrometro é um submúltiplo do metro, equivalen- te a um milionésimo do metro (0, 000 001 m), o que corresponde à milésima parte do milímetro. O símbolo que representa o micrometro é µm.
Alga Acetabularia, que é unicelular e pode ser vista a olho nu, mede cerca de 4 cm de comprimento.
A Noctiluca é um organismo unicelular, encontrada nos mares, sendo uma das principais responsáveis pela luminescência que se pode observar nas águas do mar e na areia molhada da praia. Trata-se de uma célula relativamente grande, podendo medir cerca de 1 mm de diâmetro.
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7Veja texto sobre unidades de medida na seção Vamos criticar o que estudamos?, no final deste capítulo.
2.1 Qual é o tamanho de uma célula?
O nosso corpo é formado por células. Por mais aten- tamente que olhemos para ele, porém, não consegui- mos enxergar nenhuma delas, pois como regra geral as células possuem tamanho inferior ao poder de resolu- ção da vista humana, ou seja, ao menor tamanho que a nossa visão é capaz de distinguir.
O poder médio de resolução da visão humana gira em torno de cem micrometros (100 µm) e as nossas cé- lulas possuem tamanho inferior a esse.
O que acabou de ser dito para o corpo humano é vá- lido também para a estrutura celular dos demais seres vivos: suas células possuem tamanho inferior ao poder de resolução da visão humana, sendo, portanto, infe- riores a cem micrometros.
Existem, no entanto, exceções: o óvulo humano, por exemplo, mede em torno de 200 micrometros de diâmetro.
Há outros exemplos de células visíveis a olho nu em outros seres vivos: células da alga Acetabularia , que vive em água doce, do organismo unicelular marinho do gênero Noctiluca e células da bainha de folhas de bananeira, mostrada na página a seguir.
REFLEXÕESSOBRE O ENSINODE BIOLOGIA
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Bananeira e, no detalhe, corte transversal do pseudocaule, mostrando as grandes células da bainha das folhas.
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Microscópio utilizado por Robert Hookeno século XVII. No detalhe, visualização do corte de cortiça nesse microscópio. Cada célula tem aproximadamente 100 µm de comprimento.
2. Como é possível observar uma célula que não é visível a “olho nu”?
omo a maioria das células não é visível a olho nu, elas só puderam ser estudadas com o advento de um aparelho que per itiu “ver as coisas pequenas”, o microscópio . Ele era ini- cial ente formado por um sistema de duas lentes de aumento e uma fonte de luz, que iluminava o material a ser observado.
Em 1665, Robert Hooke, um cientista inglês, estava trabalhan- do om um microscópio rudimentar e observou uma delgada fati
de cortiça; ele conseguiu, pela primeira vez, distinguir os con ornos de uma célula. O termo célula é diminutivo de “cela”, que
significa cavidade. Assim, Hooke descreveu pequenas ca- vidades no tecido vegetal que observou. A cortiça é retira-
da do caule de algumas plantas; trata-se de um tecido mor- to, utilizado principalmente para a fabricação de rolhas. O que Hooke observou foi a parede celular que delimita as células das plantas e que permanece mesmo após a morte da célula.
CURIOSIDADE
BananeiraNa bananeira, o que parece caule é formado pelas bainhas entrelaçadas das folhas, não sendo, portanto, um caule verdadeiro e sim um “pseudocaule”.Os índios parecem saber disso, pois chamam a bananeira de “pacoba”, que significa “tudo folha”.
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SUGESTÃODE ATIVIDADE
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Células de folha da planta aquática Elodea visualizadasno microscópio de luz, utilizando uma lente de menor aumento(à esquerda) e uma de maior aumento (à direita). Cada célula de Elodea mede cerca de 100 µm de comprimento.
Microscópio eletrônico detransmissão.
Embora Hooke já houvesse observado a cé- lula em 1665, somente em 1838 foi comprovada por Schleiden a existência de células em plan- tas e em 1839 foi comprovada por Schwann a existência de células em animais.
Esses dois cientistas, Schleiden e Schwann, estabeleceram o que ficou conhecido como doutrina celular : “todo ser vivo é formado por células”.
De fato, existem unicelulares e multicelula- res, mas todos os seres vivos, com exceção dos vírus, são formados por células.
Os microscópios utilizados por Hooke, por Schleiden e por Schwann eram equipamentosque utilizavam a luz para iluminar os objetos a serem estudados. Esse tipo de mi- croscópio é conhecido por microscópio óptico (MO) ou microscópio de luz (ML).
Microscópios ópticos são até hoje muito utilizados para o estudo das células. Existem diversos tipos desses microscópios, e alguns chegam a ter aumentos de até cerca de 2 000 vezes, possibilitando o estudo de várias estruturas celulares.
Os microscópios de luz não são suficientes, en- tretanto, para observação e estudo de algumas estruturas celulares e de detalhes de outras es- truturas. Recorre-se, então, ao microscópio ele- trônico (ME), que permite aumentos de até um milhão de vezes, aproximadamente. Neste caso, não se usa a luz para analisar os objetos, mas sim feixes acelerados de elétrons que atingem o ob- jeto em estudo e fornecem a imagem.
Existem microscópios eletrônicos emprega- dos para analisar cortes extremamente finos de células: eles são chamados M.E. de transmissão (MET). Outro tipo de microscópio eletrônico é empregado na análise da superfície de células, tecidos e mesmo do corpo dos organismos: ele é chamado de M.E. de varredura (MEV).
Um dos modelos atuais de microscópio de luz, usado para o estudo de células.
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Imagens de espermatozoides do ser humano obtidas de diferentes tipos demicroscópios: de luz (ML); eletrônico de transmissão (MET) e eletrônico de varredura (MEV). O espermatozoide mede cerca de 65 µmde comprimento.
MULTIMÍDIA
Museu Invivo, Fundação Oswaldo Cruz – A célula<http://www.invivo.fiocruz.br/celula >Aqui você encontra informações relacionadas à história do desenvolvimento dos microscópios e à teoria celular.Acesso em: 21 jan. 2016.
Um tipo especial de microscópio eletrônico de varredura é por tunelamento , ca- paz de oferecer aumentos de até cem milhões de vezes, possibilitando até mesmo a observação da superfície de algumas macromoléculas, como é o caso do DNA.
Para cada tipo de microscópio utilizado, existem técnicas especiais de prepa- ração do material a ser observado. Essas técnicas envolvem a fixação para que o material não se deteriore. No caso do estudo de células ao microscópio de luz, podem-se usar corantes quando necessários. Cada material exige o uso de coran- tes e técnicas diferentes. A imagem de um material obtida por microscópio ele- trônico não é colorida, mas a foto pode ser colorizada artificialmente por meio de programas de computador.
As células eucarióticas são maiores que as procarióticas. Os vírus, com raras exceções, são menores que as menores células já conhecidas e são visíveis apenas ao microscópio eletrônico.
A maioria das células apresenta, portanto, dimensões microscópicas.
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Compare as imagens a seguir, que mostram o mesmo tipo celular – esperma- tozoide do ser humano – visualizado com três microscópios diferentes.
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RECORDE-SE
Uma imagem de DNA obtida por micros- cópio eletrônico de tunelamento está na página 38, no capítulo 1 deste livro.
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Esquema de células ampliadas em escalas diferentes. Os valores fornecidos são valores médios e aproximados.
É muito fácil perceber a existência de células das mais variadas formas: cúbi- cas, cilíndricas, prismáticas, esféricas, fusiformes, estreladas etc. Existem até cé- lulas que mudam constantemente de forma, como acontece com as amebas, que são seres unicelulares.
Movimentos de uma amebaAmeba, um organismo unicelular capaz de mudar sua formapela emissão de pseudópodes. A ameba mede cerca de 0,5 mm de diâmetro, quando em formato arredondado.As amebas são os melhores exemplos de seres unicelulares que mudam
constantemente de forma, pois emitem prolongamentos, chamados pseu- dópodes , com os quais se locomovem e capturam alimentos.
No nosso corpo também existem células capazes de alterar sua for- ma, pois emitem pseudópodes parecidos com os da ameba. Essas célu- las são os macrófagos e alguns tipos de glóbulos brancos do sangue, como os neutrófilos. Graças aos pseudópodes que emitem, essas cé- lulas conseguem englobar bactérias e partículas que invadem o nosso organismo, e depois as destroem. Elas exercem, portanto, função de defesa de nosso corpo.
A maioria das células, no entanto, mantém uma forma relativamente constante de seus contornos.
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pseudópodes
ameba (0,5 mm de diâmetro)
paramécio (300 µm de comprimento)
leucócito (15 µm de diâmetro)
fibra muscular não estriada (mede entre 10 µm e600 µm de comprimento) neurônio (o corpo celular pode medir de
10 µm a 100 µm de comprimento)
Spyrogira (100 µm de comprimento)
1 célula
2.3 Qual é a forma de uma célula?Observe as ilustrações seguintes, que representam algumas células:
Células
corpo celular
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membrana plasmática citoplasma
núcleo
Mitocôndria (em corte) Função:• respiração
Complexo golgiense (em corte)
Funções:• acúmulo e eliminação de
secreções proteicas;• síntese de carboidratos
LisossomosFunção:• digestão intracelular
Retículo endoplasmático granuloso (em corte)
Funções:• transporte de material
dentro da célula;• síntese de proteínas
CentríolosFunções:• participação na
divisão celular;• formação de
cílios e flagelos.
Retículo endoplasmático não granuloso
Funções:• transporte de substâncias• síntese de esteroides• inativação de certos
hormônios;• inativação de substâncias
nocivas ao organismo;• condução intracelular do
impulso nervoso nas células do músculo estriado.
RibossomoFunção:• síntese proteica
Célula eucariótica animal
3 Estrutura básica de uma célula eucariótica
Vamos prosseguir o estudo da célula, suas estruturas e funções, focando a cé- lula eucariótica. Você já sabe que uma célula eucariótica é constituída por três partes básicas: um envoltório – membrana plasmática –, o citoplasma e o núcleo, onde estão os cromossomos, estruturas formadas basicamente por DNA.
Apesar da diversidade de formas e funções, todas as células eucarióticas apre- sentam algumas estruturas em comum imersas em seu citoplasma, como você pode observar no esquema seguinte, que representa uma célula animal hipotética.
Esquema de célula animal representada com parte removida, com destaquepara as estruturas citoplasmáticas. As estruturas estão ampliadas em diferentes escalas.
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Célula eucariótica vegetal
Cloroplasto (em corte)Função: fotossíntese. cloroplasto mitocôndria vacúolo de
suco celular parede celular
citoplasma
membrana plasmática
ribossomo
complexo golgiense
retículo endoplasmático
granuloso
núcleo
lisossomo
retículo
endoplasmático não granuloso
Retículo endoplasmático, lisossomo, complexo golgiense e mitocôndrias são estruturas citoplasmáticas delimitadas por membranas e recebem o nome de organelas . Além de organelas, há no citoplasma estruturas especiais que são os ribossomos e os centríolos. Cada organela e estrutura têm função específica na célula e você vai estudá-las ao longo deste livro.
Comparando uma célula animal com uma célula vegetal, você pode notar algu- mas diferenças. Observe o esquema seguinte, que representa uma célula vegetal, comparando-o com o esquema que você já viu, de uma célula animal.
Esquema de célula vegetal representada com parte removida, com destaquepara as estruturas citoplasmáticas. As estruturas estão ampliadas em diferentes escalas.
O esquema mostra que a célula vegetal possui um revestimento inexistente na célula animal: a parede celular .
A parede celular é um revestimento que ocorre nas células de muitos seres vivos e geralmente é muito resistente. Nas células vegetais ela é constituída principal- mente por celulose e por essa razão é também conhecida por membrana celuló- sica. A resistência da celulose pode ser considerada equivalente à do aço, quando comparamos pedaços de mesmo comprimento e mesma massa.
No esquema da célula vegetal você pode observar facilmente a presença de duas outras estruturas que não ocorrem na célula animal: os vacúolos de suco ce- lular e os cloroplastos.
Os vacúolos de suco celular estão relacionados com a capacidade da célula ve- getal conter maior ou menor quantidade de água, variando o seu nível de turgor.
Os cloroplastos pertencem a um grupo de organelas conhecidas por plastos. Os cloroplastos têm esse nome devido à presença do pigmento verde clorofila, indispensável para a fotossíntese.
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3.1 Forma e função das célulasNos seres multicelulares, há especialização das
cé- lulas de modo que certos grupos celulares desempe- nhem funções distintas das de outros grupos celulares.
No caso da espécie humana, por exemplo, existem numerosas funções a serem exercidas pelo organismo: locomoção, digestão, respiração, excreção, audição, reprodução etc.
Será que as células diretamente ligadas com a lo- comoção, como as musculares, possuem a mesma for- ma e função daquelas que estão diretamente liga- das com a reprodução, com o revestimento do corpo, com a percepção do gosto, com a visão, ou com ou- tras funções?
De modo geral, os organismos multicelulares ori- ginam-se de uma única célula, a célula-ovo ou zigoto. É essa célula que sofre várias divisões e dá origem a todas as células do corpo. Das primeiras divisões ce- lulares sofridas pelo zigoto resultam células embrio- nárias indiferenciadas, isto é, não especializadas em alguma função. Essas primeiras células embrionárias normalmente são arredondadas e possuem núcleo re- lativamente grande.
À medida que as células se dividem, ocorre também o processo de diferenciação celular : grupos de células especializam-se na execução de determinadas funções. Nesse processo, as células sofrem modificações em sua estrutura, apresentando forma e função específicas. Normalmente, após a fase de diferenciação celular, as células já diferenciadas que se reproduzem dão origem a células semelhantes a elas, ou seja, igualmente dife- renciadas. A diferenciação celular é assunto que será aprofundado mais adiante, no capítulo 11.
Veja nas imagens desta página alguns exemplos de células do corpo humano, formadas, como todas as outras, a partir da célula-ovo, pelo processo de di- visão e diferenciação celular.
As imagens mostram células fusiformes (fibras mus- culares), células estreladas com prolongamentos (cé- lulas nervosas e célula óssea), células arredondadas capazes de emitir pseudópodes (leucócitos), células discoides (hemácias) e células prismáticas (do tecido epitelial). A forma das células está associada à sua função. Conjuntos de células que atuam de maneira integrada no desempenho de determinadas funções formam os tecidos. Além dos tipos celulares caracte- rísticos, um tecido é formado por substâncias produ- zidas e liberadas por essas células, constituindo um meio ou matriz extracelular.
Tecido muscular estriado esquelético: observe as estrias transversais. Em vermelho, hemácias, que medem cerca de 7 µmde diâmetro.
Hemácias, os glóbulos vermelhos do sangue. Cada hemácia mede cerca de 7 µm de diâmetro.
Um leucócito (em tom azulado) emitindo pseudópodes e englobando esporos defungo (em vermelho), que serão destruídos. Este tipo de leucócito mede cerca de 12 µm de diâmetro.
Célula óssea ou osteócito, que mede cerca de 25 µm em sua maior dimensão.
Corte histológico de tecido epitelial de revestimento, formado por células alongadas sem espaçoentre elas. Cada célula mede cerca de 20 µm de comprimento.
Neurônios (o corpo celular, colorido em amarelo,pode chegar a 100 µm de comprimento).
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4 Envoltórios das célulasVamos agora analisar as membranas que envolvem as
célu- las e os mecanismos de troca entre a célula e o meio onde está.
Os organismos unicelulares vivem em contato direto com o meio ambiente, mas as células dos multicelulares não ficam em contato direto com o ambiente externo ao corpo, com exceção das células de revestimento.
Independentemente de estarem revestindo o corpo ou com- pondo tecidos mais internos, as células precisam trocar cons- tantemente matéria com o meio externo. Essa troca está sem- pre relacionada com as propriedades da membrana plasmática , estrutura que delimita a célula.
Nos seres em que há parede celular, estrutura externa à membrana plasmática, essa troca também depende das pro- priedades dessa estrutura. Apresentam parede celular as cé- lulas de plantas, de certos protistas, dos fungos e da maioria dos procariontes.
As paredes das células procarióticas são constituídas pelo peptidoglicano , composto típico dos procariontes, formado pela associação de um carboidrato com uma proteína.
Entre os protistas, a parede celular, quando existente, pos- sui composição química muito variada entre os diferentes gru- pos, sendo em alguns formada basicamente por celulose e, em outros, por sílica. Em todos os casos, a parede é permeável.
Neste momento, vamos nos deter apenas na parede celular das plantas, formada principalmente por celulose .
A celulose também está presente na parede celular de al- guns fungos, mas na maioria deles a parede celular é constituí- da principalmente de quitina, que também é um carboidrato, como a celulose.
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Paredes celulares de células vegetais, coloridas em verde. Trata-se de uma estrutura resistente, que dá forma à célula.
Linho da Nova Zelândia (Phormium tenax), variedade de folhas amareladas. As plantas dessa espécie fornecem fibras resistentes, derivadas de tecidos ricos em lignina. Elas podem medir até 3 m de altura.
4.1 Parede celular das células de plantas
A parede celular das células vegetais é feita de celulose, u polissacarídeo que confere resistência mecânica à célula. Ela é permeável, propiciando a passagem tanto do solvente quanto do material dissolvido das soluções com as quais entra em contat .
Além de celulose, a parede celular contém outros compos- tos e em alguns casos pode sofrer impregnações e modifica- ções. Certas impregnações podem diminuir a permeabilidade e aumentar a resistência mecânica da parede. A impregnação de lignina, por exemplo, pode determinar extraordinário au- mento da resistência física, mas impermeabiliza a célula, que acaba morrendo. Tecidos vegetais ricos em células mortas em função da adição de lignina à parede celular são usados na fa- bricação de fibras têxteis, como o linho e a juta.
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Membrana plasmáticaPresente em todos os tipos celulares.Parede celularPresente nas células procarióticas e nas eucarióticas de plantas, fungos e alguns protistas. Em cada grupo, possui diferentes composições químicas.
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Outra impregnação importante é a suberifi- cação : as células próximas à periferia do caule têm suberina associada à parede celular. A su- berina é pouco permeável e impede as trocas gasosas, levando essas células à morte. O con- junto das células mortas ricas em suberina for- ma um tecido chamado súber, que constitui um isolante térmico das plantas. Em algumas espé- cies de plantas o súber é muito espesso, sendo empregado para fazer a cortiça comercial usa- da em rolhas e outros produtos.
Em células de revestimento de folhas de cer- tas espécies de plantas há deposição de cera na superfície exposta da parede celular. A cera atua impedindo a perda de água da célula para o meio externo.
Na parede celular pode haver deposição de cutina, formando uma cutícula que protege partes da planta contra a evaporação. A cutícula é normalmente bem desenvolvida em plantas de regiões secas (plantas xerofíticas), sendo ob- servada principalmente nas partes expostas ao ar, como acontece com as folhas, por exemplo.
Durante o amadurecimento dos frutos, a pa- rede celular passa por processo de gelificação , adquirindo um aspecto de mucilagem.
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cortiça tem propriedades isolantes.
cortiça pode ter diversos
Você já viu o que acontece com uma rolha de cortiça colocada em uma vasilha com água? A cortiça flutua na água. Sobre a cortiça, responda em seu caderno:
a. Explique o que é a cortiça.b. Relacione sua explicação à imagem da página 154, que
mostra a visualização de cortiça no microscópio de Hooke. O cientista inglês observou células vivas?
c. Por que a cortiça flutua na água? Utilize seus conhecimentos sobre densidade para responder.
d. Consultando o material de Física, procure descobrir por que a cortiça tem propriedades isolantes.
A cortiça pode ter diversos usos comerciais, como confecção de rolhas e de estruturas isolantes, tanto de som quanto de calor.
Extração de cortiça da árvore conhecida como sobreiro (Quercus suber), em Portugal. A cortiça é obtida do súber desenvolvido dessa árvore e sua extração não prejudica a planta, desde que seja feito de modo adequado.
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7Para comentários a respeito das questões da seção Pense e responda, consulte o Manual.
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