A célula: unidade funcional da vida

De uma célula ancestral.....

Por que as células são tão pequenas?

Classificação

•Dois domínios procarióticos

•Um domínio eucariótico

Arqueas, Bactérias e Eucariotos

Característica Bactéria Archaea Eucariotos

Envelope nuclear Ausente Ausente Presente

Organelas envoltas por membrana Ausente Ausente Presente

Parece celular Presente Ausente Ausente

Membrana com lipídeos Hidrocarbonos Alguns hidrocarbonos Hidrocarbonos

não ramificados ramificados não ramificados

RNA polimerase De um tipo Vários tipos Vários tipos

Aminoácido iniciador Formil-metionina Metionina Metionina

da síntese proteica

Introns (sequência não Ausente Presente Presente

codificadora dos genes)

Sensibilidade a antibióticos Reprodução inibida Reprodução Reprodução

por streptomicina e não inibida por não inibida por

clorafenicol antibióticos antibióticos

Ancestral comum

• Procarioto

• Possuía DNA como material genético

• Possuía maquinaria de transcrição e tradução

• Provavelmente possuía cromossomo circular

…que evoluiu ao longo do tempo

originando os três domínios.

Pré-cambriano Cambriano Ordoviciano Siluriano Devoniano Carbonifero Permiano Triassio Jurassico Cretaceo Terciário

4500 a 600 543 500 440 409 354 290 245 206 144 65 1.8

Quaternário

PresenteMilhões de anos atrás

4500 ma Origem da vida

3800 ma Procariotos se desenvolvem

2000 ma Eucariotos se desenvolvem

UMA RETROSPECTIVA DA ORIGEM DA VIDA NA TERRA

Quando surgiram os eucariotos ?

Procariotos

Devido a influência do dogma procarioto-eucarioto

Bactérias e Arqueas ainda são considerados procariotos.

No entanto Arqueas são diferentes de bactérias e

evolutivamente mais próximas a eucariotos.

Bactéria

Arqueas

Um procarioto típico

Estrutura

•Dividem-se em Bactérias e Arqueas

•Criaturas de maior sucesso na terra (se sucesso for medido em

número de indivíduos!!).

•Viveram sozinhos na terra por mais cerca de 2 bilhões de anos

•Maioria bactérias

•Possuem papéis cruciais na biosfera; membros dos dois

domínios procariotos superam todos os outros em diversidade

metabólica.

•Cerca de 4000 espécies conhecidas e estima-se que existam de

400.000 a 4 milhões de espécies

Biologia geral dos Procariotos

Ambientes

•Vivem nos mais diversos ambientes

-solo

-água

-outros seres vivos

Exploram os ambientes e estabelecem relações de

neutralidade (comensalismo), cooperação

mutualismo e simbiose) ou parasitismo

Morfologia

• Unicelular

• Podem formar colônias

• Maioria possui diametro de 1-5 µm

• Formas mais comuns:

-Cocos (esféricos); isolados ou associados em arranjos bi

e tridimensionais formando correntes, placas ou blocos de

células

-Bacilos (forma alongada, em bastonete); isolados ou em

cadeias. Em geral são unicelulares mas podem ser

multicelulares.

-Espirilos (forma helicoidal)

-Vibriões (forma de vírgula)

Cocos

Enterococcus sp.Bactéria comensal; cresce no intestino de mamíferos

Escherichia coliBactéria mais estudada

Bacilos

Morfologia

Methanococcus jannaschiiArquea

Methanobacterium thermoautotrophicumArquea

Espirilos Vibriões

Leptospira interrogansBactéria que causa leptospirose

Vibrio choleraeBactéria que causa cólera

Morfologia

Salmonella

• Fornecem adesão ao

substrato

• Unem bactérias umas às

outras possibilitando

troca de materia lgenético

Fimbrias ou pili Flagelos• Filamentos formados

pela proteína flagelina

que se projeta da

superfície celular

• Estrutura de

locomoção

De todos estes tipos celulares,

quais são os parentes vivos mais

próximos dos procariotos

envolvidos com a origem dos

eucariotos.

• Cianobactérias (algas azuis esverdeadas). Tranformam energia

luminosa em energia química. Consomem CO2, liberam O2.

• Responsáveis pelo aparecimento do oxigênio na atmosfera

terrestre a 2,5 bilhões de anos.

• Podem viver livres ou formar colônias

• Utilizam clorofila a para fotossíntese e

liberam gás oxigênio

• Possuem sistema de membrana interna

altamente organizados chamados

lamelas fotossintetizantes ou

tilacóides que lembram cloroplastos.

Cloroplastos de eucariotos são derivados

de cianobactérias por endossimbiose

Bactéria importante para o surgimento dos eucariotos.

• Rickettsia (parasita intracelular)

•Aroveitamento do oxigênio atmosférico (2,5 bilhões de anos).

Respiração.

• Causadora do tifo

• Parente vivo mais próximo

das Mitocôndrias.

Bactéria importante para o surgimento dos eucariotos

Rickettsia

Quais as etapas para o surgimento da célula

eucariota?

• Surgimento de uma

superfície celular flexível

• Surgimento de um

citoesqueleto

• Surgimento de um

envelope nuclear

• O aparecimento de

vesículas digestivas

• A aquisição

endossimbiótica de

determinadas organelas

Superfície celular flexível

• Pode dobrar e se desenvolver internamente (área de superfície para trocas gasosas e de nutrientes)

• Aumenta a velocidade de trocas com o meio externo

• Permite a endocitose

Mudanças na estrutura celular

Junqueira e Carneiro, 2005.

Funções adquiridas pela célula

• Citoesqueleto:Controle de mudanças da forma

Distribuição cromossomos na divisão celular

Transporte de materiais internamente

Emissão de pseudópodes

Invaginações

• Membranas internas:

Delimitação de organelas e vesículas (Retículo

Endoplasmático, Complexo de Golgi)

Vesículas digestivas: Capacidade da célula se alimentar de

outras células (fagócitos).

- Primeiro evento endossimbiótico :

• Para sobrevivência no ambiente aeróbio

(reativo – agressivo) os fagócitos

primitivos ingeriram e incorporaram um

procarioto que se tornou endossimbionte

originando os peroxissomos.

Endossimbiose e organelas

Endossimbiose e organelas

Segundo evento endossimbiótico :

• Passo crucial para os eucariotos, foi quando os fagócitos primitivos ingeriram e incorporaram um procarioto que evoluiu originando as mitocôndrias. Troca de material genético e dependência.

(Alberts et al., 2002) (Alberts et al., 2002)

Mitocôndrias

• Procariotos anaeróbios, não fotossintetizantes ingeriram aeróbios em grande número

• Alguns persistiram no citoplasma e continuaram a respirar

• Este citoplasma se tornou o lar deste procarioto

• Eficiência maior de transferência de elétrons para o O2

• Relação simbiótica estabelecida

• Algumas funções do aeróbio foram transferidas para o hospedeiro

• Transferência de genes para o núcleo do hospedeiro

• Hospedeiro se tornou dependente da capacidade respiratória do aeróbio

• Mitocôndria

Endossimbiose e organelas

Terceiro evento endossimbiótico :

• Alguns eucariotos incorporaram procariotos relacionados às

atuais cianobactérias originando os cloroplastos. Troca de

material genético e dependência.

(Alberts et al., 2002)(Alberts et al., 2002)

Cloroplastos

• Célula eucariótica ancestral continha

peroxissomos, mitocôndria, envelope

nuclear, RE, Golgi

• Ingeriu procariotos fotossintetizantes

assemelhados com as cianobactérias

• Processo evolutivo semelhante ao da

mitocôndria

RESUMO:

ORIGEM DA CÉLULA

EUCARIÓTICA

RESUMO:

ORIGEM DA CÉLULA

EUCARIÓTICA

Evidências

• Similaridade na estrutura e bioquímica entre bactérias aeróbias/mitocôndria e cianobactérias/cloroplasto

• Mitocôndria e cloroplasto contêm DNA circular, sem proteínas associadas

• O DNA das organelas codifica rRNA e tRNA semelhantes aos de procariotos

• Ribossomos das organelas utilizam a formil-metionina

Origem dos Eucariotos

Segundo a teoria endossimbiôntica

poderíamos encontrar células

eucariotas sem Mitocôndrias

Animals

Fungi

Coanozoa

Plants / green algae

Ciliates + apicomplexaSramenopolis

Red Algae

DictyostellumEntamoebae

EuglenozoaPhysarumPercolozoa

Trichomonas

Giardia

Microsporidia

Mitocôndria

?

(G. lamblia é um parasitaque contamina a água ecausa a giardíase)

Um eucarioto típico

Surgimento de organismos

multicelulares!!

Multicelulares

Qual foi a vantagem evolutiva que resultou no

aparecimento dos organismos multicelulares?

Através da colaboração e divisão de tarefas tornou-se

possível explorar fontes que unicelulares não podem

utilizar tão bem.

Filo Molusca Filo Molusca

Filo Arthropoda Filo Arthropoda

Filo Annelida

Filo Echinodermata

As origens da multicelularidade

• Um dos eventos mais enigmáticos da

história da Terra

• A multicelularidade parece ter surgido

várias vezes, independentemente, em

eucariotos

– exemplos: fungos, animais, plantas e algas

O que é multicelularidade?

• Presença de tipos celulares diferenciados

durante o desenvolvimento da colônia

• Coordenação de funções chave para a

sobrevivência da colônia de células

• Desenvolvimento a partir de uma única célula, o

embrião

– Colônias de bactérias, os biofilmes, não se

enquadram nesta definição

Quando surgiram os primeiros

organismos multicelulares?• Pré-cambriano, 600 ma

• Níveis de O2 aumentaram para cerca de 5% do atual

• Acredita-se que esta nova atmosfera, rica em O2, apresentou as condições necessárias para o surgimento de células maiores e organismos mais complexos

Pré-cambriano Cambriano Ordoviciano Siluriano Devoniano Carbonifero Permiano Triassio Jurassico Cretaceo Terciário

Fauna de Ediacara

Datam do período de 670 a 550 milhões

de anos. Animais aquáticos sem partes

rígidas.

Primeiros seres

pluricelulares

Como pode ter se formado um

organismo multicelular?

Associação de unicelulares originaram

colônias.

Como?Células filhas permaneceram unidas após a

divisão celular. O grupo das algas verdes pode

exemplificar como isto ocorreu

Algas verdes

Existem diferentes formas de complexidade: espécies

unicelulares, coloniais e multicelulares

Volvox é um representante colonial, cujas células se mantêm

unidas após a divisão celular.

Adaptações dos primeiros

organismos multicelulares• A vida em colônia, com coordenação de

funções, exige adaptações novas nestas

células:

• Comunicação celular

• Adesão celular

• Diferenciação celular

Diferenciação celular

• Durante o desenvolvimento do embrião

ocorre a diferenciação das células

– Elas assumem estrutura, forma, bioquímica e

funções diferentes

• Corpo humano: ~ 100 trilhões de células

• Contém cerca de 200 tipos celulares

funcionalmente distintos (musculares,

neurônio, da pele, do sangue,...)

Versatilidade da célula

eucariótica• As células formadas após cada ciclo de divisão

celular são idênticas à célula-mãe

• Portanto, contêm o mesmo conteúdo de

informação genética

• Em pouquíssimos casos existe perda de

material genético, p.ex., glóbulos vermelhos

– Perdem o núcleo durante a diferenciação celular

Regulação da expressão do

genoma• A resposta para a pergunta é esta:

atividade regulada de genes e seus

produtos

• Especialização depende de mudanças na

expressão gênica, e não na perda e

aquisição de genes

Diferenciação celular

Segregação assimétrica

de Proteínas específicas

ativadoras de genes

(fatores de transcrição)

Como células do coração

são tão diferentes de

células neuronais se

todas vieram de UMA

inicial.

Bibliografia

Purves, W.K. , Sadava, D.; Orians, G.H.; Heller H.C.

Vida – a Ciência da Biologia. 6ª edição, Porto Alegre

RS: Artmed, 2005 (cap. 4 – vol. 1; cap. 27, vol. 2)

Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts,

K.; Walter, P. Molecular Biology of the Cell, 4th ed.,

New York: Garland Science, 2002.