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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE BIOLOGIA DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA GERAL Biologia Celular e Molecular BIO 158 Prof a.: Paula Ristow.

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE BIOLOGIA DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA GERAL Biologia Celular e Molecular BIO 158 Prof a.: Paula Ristow

2 Correlação com diversas áreas de atuação: Clínica e Técnica Cirúrgica Clínica de Grandes e Pequenos Animais Farmacologia e Terapêutica Fisiologia e Endocrinologia Hematologia Medicina e Produção de Animais Aquáticos, de Laboratórios e Silvestres Medicina Veterinária Intensiva Medicina Veterinária Preventiva: Saúde Pública, Zoonoses, Doenças Infecciosas e Parasitárias Microbiologia Veterinária - Virologia, Bacteriologia e Micologia Morfologia Veterinária - Citologia, Histologia, Anatomia, Embriologia Oncologia Parasitologia Patologia Clínica Patologia Veterinária - Anatomia Patológica e Histopatologia Reprodução Animal Toxicologia Veterinária Pesquisa e ensino Biotecnologia Por que estudar Biologia Celular e Molecular na Veterinária?

3 3 Analisar a célula como unidade estrutural, funcional e de origem dos seres vivos Reconhecer que as funções celulares nos organismos dependem de sua organização molecular e resultam fundamentalmente dos mesmos processos bioquímicos Analisar conceitos e utilizar modelos teóricos e experimentais para a compreensão de fenômenos celulares Proporcionar o conhecimento básico dos conceitos celulares com ênfase em Medicina Veterinária Discutir as aplicações da biologia celular, biologia molecular e biotecnologia em Medicina Veterinária Objetivos do Curso BIO158 Biologia Celular e Molecular:

4 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA INSTITUTO DE BIOLOGIA DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA GERAL Biologia Celular e Molecular - BIO 158 Profa.: Paula Ristow Evolução da Célula Procariotos e Eucariotos

5 O que é vida? Células Metabolismo Crescimento ReproduçãoMorte DNA Evolução

6 A Teoria Celular 1665 Robert Hooke Vida presente em pequenas caixas ou células Início da teoria celular, na qual organismos vivos são compostos de cálulas Séc XVII Anton van Leeuwenhoek Cartas descrevendo animáculos na água, dentes e fezes, para a Royal Society of London

7 A Teoria Celular 1668 Francesco Redi Não existe geração espontânea Experimento com carne e larvas de mosca 1861 Louis Pasteur Experimentos que demonstraram que microrganismos do ar podem contaminar meios estéreis Base das técnicas de assepsia!!

8 Mathias Schleiden e Theodor Schwann Todos os organismos são compostos de uma ou mais células. 2. A célula é a unidade estrutural da vida. Rudolf Virchow – As células podem surgir somente por divisão de uma célula preexistente. A Teoria Celular

9 Realizam uma variedade de reações químicas para manter a sua complexidade Utilizam mecanismos comuns de metabolismo energético. Respondem a estímulos. Crescem e se reproduzem. Cooper et al Propriedades comuns a todas as células: São circundadas por membrana plasmática. Informações genéticas mantidas no DNA. Informações transcritas ao RNA e traduzidas em proteínas

10 Pro karyon=antes do cerne, núcleo Eu karyon=verdadeiro cerne Células são divididas em dois grandes grupos: Procariotos X Eucariotos Tamanho Escalas Forma Características

11 CARACTERÍSTICASPROCARIOTOSEUCARIOTOS NúcleoAusentePresente Diâmetro celular0,2 - 2 µm10 a 100 µm CitoesqueletoPresente*Presente OrganelasAusentePresente Conteúdo de DNA (pares de bases) a 10 9 CromossomosÚnica molécula circular Múltiplas moléculas lineares Procariotos X Eucariotos

12 Como podemos visualizar as células?

13 MICROSCOPIA MICROSCÓPIO ÓPTICO - feixe de luz atravessa um objeto muito fino e é recolhido por um sistema de lentes que ampliam a imagem (1500x). MICROSCÓPIO ELETRÔNICO – feixes de elétrons atravessam o objeto em corte ultra fino ( x). MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE VARREDURA- observação da superfície, visão tridimensional do objeto. MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE TRANSMISSÃO- observação de corte transversal do objeto

14 Unidades de medidas habitualmente empregadas nos estudos das células 1mm = 10 –3 m. Milímetro 1µm = 10 –3 mm = 10 –6 m. Micrômetro 1nm = 10 –3 µm = 10 –6 mm = 10 –9 m. Nanômetro 1 A = 10 –4 µm = 10 –7 mm = 10 –10 m. Angstron Células animais e vegetais-10 a 150 µm. Bactérias, mitocôndrias 0,5 a10 µm.

15 Microscópio eletrônico de transmissão

16 Microscópio eletrônico de varredura

17 Microscopia óptica - Língua de rato.

18 Bactéria Escherichia coli vista ao microscópio ótico (a) e eletrônico (b). a b

19 Como se desenvolveu a primeira célula? Como evoluiu o metabolismo para possibilitar a complexidade e diversidade das células atuais? 19 Evolução das células

20 A vida emergiu há aproximadamente 3,8 bilhões de anos Presente Bilhões de anos atrás Organismos multicelulares Primeiros eucariotos Metabolismo oxidativo Fotossíntese Primeiras células Formação da Terra Formação do sistema Solar – nuvem de gases e poeira insterestelar

21 Terra primitiva: fase pré-biótica Rochas, vulcões, água, energia do sol, muitos gases tóxicos Atmosfera rica em CO 2, CO (monóxido de carbono), H 2 S (sulfeto de hidrogênio), H 2 (gás hidrogênio), NH 3 (amônia), ausente de O 2 Luz solar: formação espontânea de moléculas orgânicas

22 H2OH2O CH 4 NH 3 Luz solar: formação espontânea de moléculas orgânicas em uma sopa primitiva

23 Demonstração experimental da formação espontânea de compostos orgânicos a partir de sopa primitiva (Urey e Miller, 1953) Polimerização espontânea forma macromoléculas (polipeptídeos, ácidos nucléicos…) Atmosfera da Terra primitiva Moléculas orgânicas (aminoácidos, bases nitrogenadas…) CO 2, H 2 S, CO, H 2, NH 3, H 2 O Evolução química Material primordial para os primeiros seres vivos

24 Polissacarídeos, proteínas, lipídeos ou ácidos nucléicos? Que molécula primordial seria capaz de controlar a sua auto-replicação e servir de molde para a síntese de si própria e de outras moléculas? DNA: precisa de proteínas e de RNA (primers) para replicar. Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA Thomas R. Cech University of Colorado, USA RNA (1980) Altman: purificou ribonuclease P de E. coli, enzima composta de proteína e RNA. Porção RNA tem ação catalítica em RNAt, participando da síntese de RNAt. Cech: remoção de íntrons (regiões não traduzidas) por splicing em protozoários ocorria na ausência de proteínas, por ação de enzima de RNA capaz de catalisar reações química (ribozima). O RNA é auto-catalítico.

25 O mundo dos RNAs RNA continha a informação genética para sua auto-duplicação e síntese de moléculas. As moléculas de RNA eram catalíticas: ribozimas. Aceita-se que o RNA tenha sido o sistema genético inicial.

26 A primeira célula Membrana fosfolipídica Molécula fosfolipídica: grupo cabeça hidrofílico cauda hidrofílica Água Há ~4 bilhões de anos Os fosfolipídeos anfipáticos em contato com a água formaram micelas Inclusão do RNA autocatalítico por membrana

27 Evolução do metabolismo e organismos vivos 1- Células originaram-se de moléculas orgânicas obtendo energia do ambiente (mundo anaeróbico quebra de glicose em ATP por fermentação). 2- Nutrientes no ambiente seleção de organismos capazes de gerar compostos orgânicos a partir de moléculas inorgânicas (fotossintetizantes, cianobactérias). 3- Liberação de oxigênio organismos adquirem capacidade de respiração (mundo aeróbico). Fermentação Fotossíntese Respiração

28 Último ancestral comum Árvore filogenética da vida mostrando os três domínios de organismos. As ramificações indicam o padrão de divergência a partir de um ancestral comum.

29 Procariotos ~3,8 bilhões de anos Bactérias fermentadoras e bactérias fotossintéticas Estromatólitos (biofilmes) e fósseis de cianobactérias

30 Origem dos eucariotos

31 2,7 bilhões de anos DNA aderido à membrana plasmática. Invaginação formou envelope envolta do DNA. A partir desta invaginação formou-se sistema de endomembranas (de Duve, 1966). Surgimento de sistemas de endomembranas: evento crítico para a compartimentalização de tarefas e desenvolvimento de complexidade. Célula eucariótica primitiva

32 Surgimento de células eucarióticas aeróbicas Teoria da endossimbiose e origem das mitocôndrias (Lynn Margulis, 1967) membranas internas Ancestral eucariótico (protozoário anaeróbio) Célula eucariótica primitiva aeróbia núcleo Bactéria aeróbia membranas internas Mitocôndria com duas membranas A bactéria fagocitada receberia nutrientes da célula que a englobou e daria energia para esta, numa relação simbiótica.

33 Surgimento de células eucarióticas aeróbicas e fotossintéticas Teoria da endossimbiose e origem dos cloroplastos Teoria do endossimbionte (Lynn Margulis, 1967) cianobactéria Célula eucariótica primitiva aeróbia Bactéria fotossintética Cloroplastos com duas membranas Célula eucariótica primitiva com capacidade fotossintética

34 Suporte para a teoria da endossimbiose Semelhanças entre mitocôndrias, cloroplastos e procariotos Morfologia (redonda ou alongada) Genoma próprio e sintetizam proteínas DNA circular Reproduzem por fissão Mecanismos de geração de energia DNA mitocondrial FISSÃO FUSÃO

35 Procariotos atuais

36 1.Bacteria: bactérias verdadeiras; habitam tecidos animais e vegetais, água, solo; agentes de enfermidades infecciosas. 2.Archaea: não são consideradas bactérias; habitam água, solo e ambientes hostis. ARCHAEA BACTERIA

37 37 Morfologia das células procarióticas Staphylococcus aureus Streptococcus sp. Bacillus anthracis Brucella sp. Vibrio cholerae Leptospira sp.

38 Estrutura geral

39 Membrana citoplasmática Dupla camada fosfolipídica Interface entre o citoplasma e o meio externo, confere integridade, permeabilidade seletiva, sinalização. Contém citoplasma, ribossomos, DNA, grânulos e vesículas Envolvida pela parede celular

40 Parede celular Externa à membrana celular Semi-rígida Mantém a forma característica da célula Protege contra a lise osmótica e alterações do ambiente

41 Dois tipos de parede celular Classificação pela técnica de Gram (Hans Christian Gram) em dois grandes grupos Bactérias Gram-positivas: parede celular tem uma camada espessa de peptidoglicano (rede de sacarídeos e aminoácidos). As células coram em roxo. Bactérias Gram-negativas: parede tem uma membrana externa (fosfolipídeos e lipopolissacarídeos) e uma fina camada de peptídeoglicano; coram-se em rosa ou vermelho.

42 42 Parede celular Gram + Gram -

43 Coloração pelo método de Gram Gram positivasGram negativas Fixação (calor) Cristal Violeta Sol. de iodo (lugol) Sol. descorante (álcool) Contra-corante (safranina)

44 44 Exemplo de bactéria Gram + Staphylococcus aureus Agente de mastites, dermatites, foliculites em bovinos, ovinos, suínos, equinos, cães.

45 45 Exemplo de bactéria Gram - Pseudomonas aeruginosa Agente de mastites, dermatite, otites, ceratite, pneumonias, infecções do trato respiratório, genital em animais domésticos

46 Cápsula Externa à parede e composta de polissacarídeos Proteção contra fagocitose (maior poder infectante) Aderência a células e ambientes Formação de biofilmes Resistência à biocidas Reservatório de água e nutrientes, proteção contra desidratação S. pneumoniae (polissacarídeos) Bacillus anthracis (ácido poli D-glutâmico) Streptococcus pyogenes (ácido hialurônico) Apêndices bacterianos

47 Compostos de proteínas Adesão celular Formação de biofilmes Transferência de material genético por conjugação Presentes na maioria das Gram-negativas Pili Pili conjugativo

48 Flagelos (vídeo) Compostos de proteínas Locomoção bacteriana Maioria das Gram-negativas

49 Eucariotos unicelulares Fungos (leveduras) Protozoários Algas Eucariotos atuais

50 Organismos multicelulares Animais, plantas, fungosFormação de tecidos especializados

51 Células eucarióticas Alberts et al. 2011

52 Organelas em eucariotos RER: rede de cisternas membranosas com ribossomos aderidos a sua parede. Síntese de proteínas de membrana, proteínas secretadas REL: rede de cisternas membranosas desde a membrana nuclear por todo o citoplasma. Síntese de fosfolipídeos e ács. graxos Núcleo: contém o material genético, replicação DNA, síntese RNA Golgi: sacos membranosos onde ocorrem modificações de proteínas para posterior endereçamento e secreção Lisossomos: pequenos sacos de enzimas que degradam moléculas endocitadas e organelas Citoesqueleto: redes de filamentos protéicos. Estrutura e movimento celular, organização e movimento de organelas Mitocôndria: geração de energia Peroxissomos: degradação de ács. graxos, aminoácidos e produtos tóxicos

53

54 Bom estudo e bom semestre!


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