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