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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.
Os ecossistemas • A vida não existe em um vácuo. Cada organismo interage continuamente com o ambiente, que inclui outros organismos e fatores abióticos. Luz Solar Ecossistema Produtores (plantas e outros Organismos fotossintetizantes) Calor
Consumidores (Incluindo animais) Calor
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 duplahélice. As cadeias são formadas por nucleotídios.
Existem duas formas principais de células • 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.
• 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 endomembranas desenvolvido, 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.
Membrana externa e Superfície Celular Célula
Citoplasma Núcleo
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.
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 Vítor
Plantas transgênicas
Biotecnologia: fusão de células vegetais gerando uma nova planta
Animais transgênicos
Andi
Dolly
Copycat
Citogenética: esclarecendo a origem de espécies vegetais Triticum dicoccum (n=14)
T. aestivum
(n=21)
T. monococcum (n=7)
Mutantes de trigo com variação no número de cromossomos
Controle de doenças Planta sadia
Planta infectada com vírus
Pesquisas na área humana Células deriváveis das células tronco humanas pluripotentes (hPSCs)
Doenças Alvo
Células produtoras de Insulina Células do sistema nervoso
Células do fígado Células sanguíneas Células ósseas Células cartilaginosas
Diabetes Mal de Parkinson, Mal de Alzheimer, Danos na coluna Ataques do coração, Falhas na formação de artérias Hepatite, Cirrosis Câncer, Imunodeficiências Osteoporose Artrite
Células do sistema ocular Células da pele Células do músculo esquelético
