ORIGEM E EVOLUÇÃO DAS CÉLULAS

Report
Fundação Universidade
Federal de Rondônia - UNIR
Curso de Agronomia
INTRODUÇÃO
- Origem e evolução das células
- Células procariontes e eucariontes
(Teoria da endossimbiose)
- Organismos uni e multicelulares
Prof. Isaac Lucena de Amorim
A CÉLULA
A célula representa
a menor porção de
matéria viva dotada
da capacidade de
auto-duplicação
independente.
 São as unidades
estruturais e
funcionais dos
organismos vivos
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HISTÓRICO
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O início do estudo da Biologia das células deu-se no século XVII,
Em 1665, Robert Hooke publica o livro Micrographia Descreve e ilustra a estrutura
celular da cortiça.
Em 1675, Antony van Leeuwenhoek aperfeiçoa o microscópio e descobre uma
grande variedade de formas de vida unicelulares, incluindo as bactérias (em 1683).
No ano de 1824, Dutrochet conclui que todos os tecidos, animais e vegetais, são
compostos por pequenas unidades, as células.
Em 1830, Meyen faz a suposição de que cada célula vegetal é uma unidade isolada e
independente e capaz de construir suas estruturas internas.
Em 1831, Robert Brown identifica o núcleo celular.
Em 1832, Dumortier observa a divisão celular em algas.
Em 1839, Von Mohl descreve em detalhes o fenômeno da mitose.
Entre 1838-1839, Schleiden e Schwann afirmam que o desenvolvimento dos
tecidos são o resultado da atividade celular.
Em 1858, Virchow cita que as células, como unidades da vida, são também o local
primário das causas das doenças.
Entre 1880 e 1898, observaram-se as organelas: plastos, mitocôndrias e aparelho de
Golgi.
Em 1907, Harrison consegue desenvolver um meio para o crescimento de células
animais em laboratório.
ORIGEM E
EVOLUÇÃO DAS
CÉLULAS
Breve síntese para entender a
diversidade de seres vivos
A origem dos coacervados

Antes da EVOLUÇÃO BIOLÓGICA houve
uma certa EVOLUÇÃO QUÍMICA
METANO - AMÔNIA - HIDROGÊNIO e VAPOR D'ÁGUA
Fotoquimicamente
(radiações)
AMINOÁCIDOS, NUCLEOTÍDEOS, AÇUCARES e BASES NITROGENADAS
Polimizaram
Catalizadores minerais,
calor, altas concentrações
de fosfatos
MACROMOLÉCULAS
Coacervados
A origem dos coacervados

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

Para se tornarem uma CÉLULA os coacervados
precisariam:
Durar muito tempo
Ter estabilidade
Catalisar a síntese de outras moléculas
Gerar cópias de si mesmas
Quais as moléculas presentes nas células
atualmente se enquadrariam nesse perfil?

POLIPEPTÍDIOS (proteínas):

POLINUCLEOTÍDEOS (DNA e RNA):
 AS PROTEÍNAS dão funcionalidade à célula
como agente catalizador de outros
polímeros.
 Os ÁCIDOS NUCLEICOS conferem
identidade, estabilidade, alta capacidade de
guardar informação e replicação à célula.
O retrato falado das primeiras células
AQUÁTICAS
 PROCARIÓTICAS
 ANAERÓBICAS
 HETEROTRÓFICAS
 ASSEXUADAS

REVOLUÇÃO 1
DO PROCARIONTE AO EUCARIONTE

A identidade celular foi conseguida a partir do momento em que a
primeira célula ganha uma MEMBRANA PLASMÁTICA,
PROTETORA e REGULADORA da entrada e saída de substâncias da
célula. Isso torna o meio intracelular diferente do ponto de vista fisicoquímico do meio externo.

Porém, o grande avanço adaptativo sofrido pelas células foi a formação de
dobras, cisternas, vesículas, compartimentos e retículos originados da
membrana primordial e, provavelmente, da simbiose entre células
procariontes - era o nascimento da CÉLULA EUCARIÓTICA, com seu
SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS.
REVOLUÇÃO 1
DO PROCARIONTE AO EUCARIONTE
Esse sistema de organelas e membranas
possibilitou:
maior crescimento celular;
maior especialização: divisão de tarefas entre
componentes celulares e eficiência
metabólica;
maior proteção do material hereditário;
maior diversidade de rotas metabólicas;
facilidade no contato e na aglomeração
intermolecular.

-
Diferenças entre células
PROCARIONTE e EUCARIONTE :

As células procariontes se caracterizam pela
ausência de uma membrana (carioteca)
envolvendo os cromossomos, separando-os do
citoplasma. Compreendem as bactérias e
algumas algas (cianofíceas e algas azuis) que
também são consideradas bactérias.
Anabaena sphaerica
Domínio: Bactéria
Filo:Cyanobacteria
Diferenças entre células
PROCARIONTE e EUCARIONTE :

Estas células são desprovidas de mitocôndrias,
plastídios, complexo de Golgi e reticulo
endoplasmático
Anabaena sphaerica
Domínio: Bactéria
Filo:Cyanobacteria
Diferenças entre células
PROCARIONTE e EUCARIONTE :

Os procariontes não possuem um
citoesqueleto (responsável pelo movimento
e forma das células).
Anabaena sphaerica
Domínio: Bactéria
Filo:Cyanobacteria
Diferenças entre células
PROCARIONTE e EUCARIONTE :

A forma simples das células procariontes, que em
geral é em bastonete ou esférica , é mantida pelaé
parede extracelular, sintetizada no
citoplasma e agregada à superfície externa
da membrana celular
CÉLULA PROCARIONTE
DE UMA BACTÉRIA
1.Cápsula, 2. parede celular, 3. Membrana plasmáticas, 4. Citoplasma, 5.
Ribossomos, 6. Mesossomos, 7. DNA (nucleóide), 8. Flagelo bacteriano.
Esquema de uma célula procarionte com suas principais estruturas
(Escherichia coli, a bactéria mais bem estudada)
CÉLULA EUCARIONTE VEGETAL
Hipóteses para a origem dos
eucariontes a partir dos procariontes
HIPÓTESE DA AUTOGENIA
 HIPÓTESE DA ENDOSSIMBIOSE
(criada por Lynn Margulis – Americana)

“De todos os organismos na Terra só as bactérias são
indivíduos.”, disse Lynn Margulis, provocando murmúrios de
incredulidade e mesmo de reprovação.
Hipóteses para a origem dos
eucariontes a partir dos procariontes

Hipótese Autogênica:
Evolução gradual a partir dos seres procariontes.
Numa fase inicial, as células desenvolveram sistemas endomembranares resultantes
de invaginações da membrana plasmática. Algumas dessas invaginações
armazenavam o DNA, formando um núcleo. Outras membranas evoluíram no sentido
de produzir organelas semelhantes ao retículo endoplasmático.
Posteriormente, algumas porções do material genético abandonaram o núcleo e
evoluíram sozinhas no interior de estruturas membranares. Desta forma, formaramse organelas como as mitocôndrias e os cloroplastos.
Esta hipótese pressupõe que o material genético do núcleo e
das organelas (sobretudo das mitocôndrias e dos
cloroplastos) tenha uma estrutura idêntica. Contudo, tal
não se verifica.
Hipóteses para a origem dos
eucariontes a partir dos procariontes

Hipótese endossimbiótica:
- Ivan Wallin (biólogo EUA, década de 1920)
sugere a idéia de que a célula eucariótica é um conjunto de
microorganismos.
- Lynn Margulis (Universidade de Massachusetts, 1981) publica o
ensaio Symbiosis in Cell Evolution (“Simbiose na Evolução das
Células”) lança a teoria da origem endosimbiótica.
- A autora sugere que as células eucarióticas nasceram como
comunidades de organismos em interação.
- Os elementos procarióticos poderiam ter entrado numa célula
hospedeira, quer por ingestão, quer como um parasita.
- Com o tempo, os elementos originais teriam desenvolvido uma
interação biológica mutuamente benéfica que, mais tarde, se
tornou numa simbiose obrigatória
Hipóteses para a origem dos
eucariontes a partir dos procariontes

Hipótese endossimbiótica:
- Ivan Wallin (biólogo EUA, década de 1920)
sugere a idéia de que a célula eucariótica é um conjunto de
microorganismos.
- Lynn Margulis (Universidade de Massachusetts, 1981) publica o
ensaio Symbiosis in Cell Evolution (“Simbiose na Evolução das
Células”) lança a teoria da origem endosimbiótica.
- Admite que os sistemas endomembranares e o núcleo tenham
resultado de invaginações da membrana plasmática.
- As primeiras relações endossimbióticas foram estabelecidas
com os ancestrais das mitocôndrias e só posteriormente
com os ancestrais dos cloroplastos.
Uma única
célula da folha
pode conter
de 40 a 50
cloroplastos
(RAVEN, 2001,
P.48)
Esquema de uma célula procarionte com suas principais estruturas (E.coli)
Provas da origem endossimbionte das
mitocôndrias e cloroplastos





Tanto as mitocôndrias como os cloroplastos possuem DNA
bastante diferente do que existe no núcleo celular e em
quantidades semelhantes ao das bactérias;
As mitocôndrias utilizam um código genético diferente do
da célula eucariótica hospedeira e semelhante ao das
bactérias e Archae;
Ambos estas organelas se encontram rodeados por duas ou
mais membranas e a mais interna tem diferenças na
composição em relação às outras membranas da célula e
semelhanças com a dos procariotas;
Ambos se formam por fissão binária, como é comum nas
bactérias;
Caso os cloroplastos sejam destruídos por certas
substâncias químicas ou por ausência prolongada de luz, a
célula vegetal continua viva mas, no entanto, não tem
capacidade para regenerá-los;
Provas da origem endossimbionte das
mitocôndrias e cloroplastos




Muito da estrutura e bioquímica dos cloroplastos, como por
exemplo, a presença de tilacóides e tipos particulares de
pigmentos, é muito semelhante aos das cianobactérias
Análises filogenéticas de bactérias, cloroplastos e genomas
eucarióticos também sugerem que os cloroplastos estão
relacionados com as cianobactérias;
A seqüência do DNA de algumas espécies sugere que o
núcleo celular contém genes que aparentemente vieram do
cloroplasto;
Tanto as mitocôndrias como os cloroplastos possuem
genomas muito pequenos, em comparação com outros
organismos, o que pode significar um aumento da
dependência destas organelas depois da simbiose se tornar
obrigatória, ou melhor, passar a ser um organismo novo.
A endossimbiose em série.
Este protozoário unicelular
tem em seu citoplasma
bactérias que o auxilia no
seu metabolismo e outras na
sua parede celular que
vibram fazendo-a deslocarse no intestino das formigas
Lynn Margulis
Mixotricha paradoxa
Eucariota unicelular vive em simbiose no
intestino de formigas forrageiras digerindo
celulose.
EM SÍNTESE:
Hipótese autogénica: Os seres eucariontes são o resultado de uma evolução
gradual dos seres procariontes.
Hipótese endossimbiótica: Os seres eucariontes terão resultado da evolução
conjunta de vários organismos procariontes, os quais foram estabelecendo
associações simbióticas entre si.
Hipótese. autogénica
Hipótese endossimbiótica
Semelhanças
Origem dos eucariontes a partir dos procariontes;
Os sistemas endomembranares e o núcleo resultam de invaginações da
membrana plasmática.
Diferenças
Origem a partir de um só ser
procarionte;
Os cloroplastos e mitocôndrias
resultam de porções de material
genético que abandonaram o núcleo
e evoluíram sozinhas no interior de
estruturas membranares.
Origem a partir de mais do
que um ser procarionte;
Os cloroplastos e
mitocôndrias resultam de
associações simbióticas entre
uma célula hospedeira e
ancestrais de mitocôndrias e
cloroplastos.
Tarefa 1: A hipótese Endossimbiótica para o aparecimento
de organismos eucariontes tem vindo a prevalecer
relativamente à outra hipótese (Hipótese Autogénica).
Reflita acerca dos argumentos que evidenciam a
origem tanto das mitocôndrias como dos
cloroplastos segundo a teoria defendida por Lynn
Margulis.
Elabore um pequeno texto explicativo dos
fatos que apóiam o aparecimento destas
organelas.
REVOLUÇÃO 2
DO UNICELULAR AO MULTICELULAR

Alguns autores já
confirmaram que mais da
metade da biomassa da
Terra é formada por
bactérias e protozoários
- seres unicelulares.
Portanto, vale a pergunta:
Qual a vantagem evolutiva dos seres PLURIcelurares?
REVOLUÇÃO 2
DO UNICELULAR AO MULTICELULAR
 VANTAGENS DE UM SER MULTICELULAR:
a) PROTEÇÃO DOS ÓRGÃOS INTERNOS, ESPECIALMENTE OS
REPRODUTORES;
b) DEVIDO A CAMADAS DE CÉLULAS MORTAS DA SUPERFÍCIE
DO ORGANISMO, FOI POSSIBILITADA A EXPLORAÇÃO DE
NOVOS AMBIENTES MAIS AGRESSIVOS:
c) EXPRESSÃO DIFERENCIADA DOS GENES COM
CONSEQÜENTE ECONOMIA ENERGÉTICA:
d) SURGIMENTO DE NOVOS PADRÕES DE
COMUNICAÇÃO ENTRE AS CÉLULAS GERANDO ESQUEMAS
NOVOS DE DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO;
e) CRIAÇÃO DE MEMÓRIA CELULAR;
f) DIVERSIDADE DE FUNÇÕES CELULARES E EFICÁCIA
METABÓLICA.
Por que a célula é tão eficiente?
O sucesso da organização celular e fisiologia celular está relacionado
com várias características e propriedades dos diferentes componentes
celulares; entre eles podemos destacar:
 1) Alto teor de água: a célula é completamente ocupada por
água, o que facilita a dispersão de substâncias e a ocorrência de
reações químicas.
 2) Compartimentação: um vasto sistema de membranas forma
numerosos compartimentos, isolando os processos metabólicos
entre si, estabelecendo um fluxo organizado dentro da célula e
oferecendo uma superfície desproporcionalmente grande em relação
ao volume celular.
 3) Presença de material genético: a célula contém no seu
interior as informações necessárias (DNA) para criar e manter sua
própria organização e para coordenar as atividades que realiza.
 4) Presença de enzimas: o material genético determina a
produção de enzimas, catalisadores que permitem a ocorrência de
reações que, sem eles, levariam milhares de anos para ocorrer.
Por que a célula é tão eficiente?
O sucesso da organização celular e fisiologia celular está relacionado
com várias características e propriedades dos diferentes componentes
celulares; entre eles podemos destacar:
 5) Economia: o rendimento dos processos celulares é elevado
(parcela da energia consumida convertida em trabalho). As
moléculas orgânicas, com as quais as células lidam, são bastante
versáteis, isto é, podem desempenhar vários papéis funcionais.
Com poucos tipos de substâncias, as células se mantêm. Além
disso, muitas substâncias que são resíduos de um processo podem
ser empregadas como matéria-prima de outro, fazendo com que a
produção global de resíduos seja pequena.
 6) Interação com o meio: as células interagem intensamente com
o ambiente onde estão. Um ser unicelular interage com o meio
onde vive, assim como as células de um ser pluricelular interagem
com o líquido intercelular existente entre elas. O ser vivo deve
garantir às células um meio intercelular estável e confortável. As
células são as responsáveis por mantê-lo assim, e são as
beneficiárias dessa estabilidade.
ORGANIZAÇÃO DO MUNDO VIVO ATUAL
COM BASE NOS PADRÕES CELULARES
CONHECIDOS
1. ACELULARES: vírus, viróides e príons.
ORGANIZAÇÃO DO MUNDO VIVO ATUAL
COM BASE NOS PADRÕES CELULARES
CONHECIDOS
1. ACELULARES: vírus, viróides e príons.
2. CELULARES :
2.1. PROCARIONTES: bactérias.
2.2. EUCARIONTES:
2.2.1. UNICELULARES: protistas.
2.2.2. PLURICELULARES:
2.2.2.1. SEM TECIDOS: fungos.
2.2.2.2. COM TECIDOS:
2.2.2.2.1. ACLOROFILADOS: animais.
2.2.2.2.2. CLOROFILADOS: plantas.
DOMÍNIO
DOMÍNIO
DOMÍNIO
REINOS:
REINO
REINO
Protozoa

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