Estudo da Célula: Estrutura e Funções

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Capítulo 1 Estudando a célula Há cerca de trezentos anos, descobrimos algo surpreendente: os seres vivos são formados por pequenas unidades que são, elas próprias, vivas. É trabalho conjunto dessas unidades vivas que permite todas as atividades complexas que os seres vivos realizam. Células humanas da Prepare-se para conhecer os seres vivos por dentro e observar parte interna da boca coisas impossíveis de serem vistas a olho nu. vistas ao microscópio óptico (aumento de cerca de 400 vezes). Biophoto Associates/Arquivo da editora Steve Gschmeissner/Science Photo Library/Latinstock Ameba vista ao microscópio. As amebas são seres vivos unicelulares. Em geral, medem cerca de 0,7 mm de diâmetro. A questão é que é uma célula? Como sabemos que elas existem? Como as 1.1 Células vistas células se organizam em nosso corpo de forma a participar das diversas ao microscópio. As células foram coloridas funções vitais? artificialmente. 101 Conhecendo célula A Z Pluricelular vem do latim Animais e plantas são formados por muitas células e por isso são chamados pluri, que significa seres pluricelulares. Nosso corpo, por exemplo, é formado por um número muito gran- 'muitos', + celular. de delas: cerca de 65 trilhões. Mas existem também seres formados por uma única Unicelular vem do latim célula: são os chamados seres unicelulares, como a ameba da figura 1.1. e significa 'um', celular. A maioria das células mede menos que a décima parte de um milímetro. Algumas, Célula-ovo é a célula que como a célula-ovo humana, chegam a medir um décimo de milímetro. Não é comum dá origem a todas as células do nosso corpo. encontrar células muito maiores do que isso, mas a ameba representada na figura mede cerca de 0,7 mm. Citologia vem do grego kytos, que significa Como é possível estudar estruturas tão pequenas como as células? Por causa 'célula'; e logos, 'estudo'. do seu tamanho, as células devem ser estudadas por meio de técnicas e instrumentos, como microscópio de luz ou óptico. Esse tipo de microscópio possui várias lentes de Mikros, em grego, significa aumento e assim possibilita a ampliação da imagem da célula. 'pequeno'; e skopeo, Foi com a ajuda do microscópio que os cientistas descobriram a existência da 'examinar'. Óptico vem do célula. Observe na figura 1.2 células de uma planta aquática, a elódea (Egeria densa). grego optikós, 'que tem relação com a Para medir elementos tão pequenos quanto a célula, os cientistas criaram uni- Conheça mais sobre dades de medida menores que milímetro. Uma das mais usadas é micrômetro, microscópio no boxe das que corresponde à milésima parte do milímetro. A maioria das células mede de 10 a páginas 16 e 17. 100 micrômetros (ou de 0,01 a 0,1 símbolo do À medida que progrediam os estudos sobre a célula, descobriu-se que ela se é (mi) alimenta, cresce e realiza as diversas funções que mantêm a vida. A célula passou é uma letra grega que então a ser considerada a menor parte viva de um organismo: a unidade da vida. indica a milionésima parte da unidade a que é A parte da Biologia que estuda a célula é denominada citologia. anexado, e 'm' é símbolo do metro. 1.2 Células vegetais vistas ao Claude Nuridsany & Marie microscópio. As células foram coloridas artificialmente. Photo Células da elódea (Egeria densa) vistas ao microscópio óptico (aumento de cerca de Por dentro da célula 250 vezes). Para uma cidade funcionar corretamente, é necessário que a distribuição de ali- mentos, sistema de transportes, fornecimento de energia, a remoção do lixo, sistema educacional e muitos outros serviços estejam em harmonia. Algo semelhante ocorre com a célula: ela é formada por diversas partes, que funcionam em conjunto e a mantêm viva. Vamos examinar as três principais partes da célula: a membrana plasmática, o citoplasma e núcleo. A função da membrana plasmá- tica (do grego plasma, que significa 'molde') é controlar que entra na célula e que sai dela. Unidade Vida, matéria e energia 11Essa membrana facilita a entrada de substâncias importantes para a célula, como a glicose, um açúcar. É uma estrutura tão fina que não pode ser vista com microscópio óptico. Para vê-la, é preciso usar um aparelho que aumenta ainda mais a imagem: microscópio eletrônico. Nas plantas, a membrana plasmática é envolvida por uma outra estrutura, a parede celular, que é rígida e participa da sustentação da célula. citoplasma é um material gelatinoso formado por água, sais minerais e outras A substâncias. Nele encontram-se as organelas, que realizam diversas funções dentro Z da célula. Nas células das plantas há também o vacúolo, uma cavidade cheia de líquido, Organela vem do grego e os cloroplastos, organelas de cor verde que realizam a fotossíntese. Veja a figura 1.3. e significa 'pequeno (Você vai estudar a fotossíntese no próximo capítulo.) ou 'pequeno No núcleo existem minúsculos fios chamados cromossomos. Mais adiante você verá que há células sem núcleo, com cromossomos no citoplasma. Cada cromosso- mo é formado por uma sequência de genes, que controlam as atividades das células e influenciam nas várias características dos seres vivos, como a altura e a cor dos olhos. Os genes são formados por uma substância química de nome complicado, ácido desoxirribonucleico ou, abreviadamente, DNA. Na língua portuguesa, nome ácido desoxirribonucleico pode ser abreviado por ADN. No Brasil é comum adotar a sigla DNA, que Pode-se dizer que os genes contêm informações, ou instruções, que comandam vem do inglês. as atividades celulares. Assim, podemos dizer que núcleo da célula funciona como um centro de comando. Veja na figura 1.3 esquemas simplificados de uma célula animal e de uma célula vegetal, com algumas organelas em seu interior. Lembre-se de que as células são microscópicas. Não se preocupe com nome das organelas neste momento: você vai estudá-las melhor no ano. Célula animal Célula vegetal núcleo citoplasma mitocôndria vacúolo cloroplasto retículo endoplasmático (ou centro celular) Ingeborg Asbach/Arquivo da editora ribossomos complexo golgiense núcleo parede celular membrana lisossomo membrana plasmática plasmática 1.3 Esquemas simplificados de uma célula animal e de uma célula vegetal. (Os elementos das figuras não estão na mesma escala. Isso significa que algumas partes das figuras foram reduzidas e outras ampliadas em relação ao seu tamanho natural. Pode-se usar também a expressão "figura sem escala". As células são microscópicas. Cores fantasia.) 12 Capítulo 1 Estudando a célula2 Os tecidos Como as células, que são tão pequenas, podem fazer, por exemplo, nosso braço levantar pesos? Evidentemente, uma única célula não é capaz disso. Os músculos, como bíceps do braço, são formados por muitas células, que podem se contrair de forma organizada. Todas as células desse músculo diminuem de compri- mento ao mesmo tempo e na mesma direção e, assim, produzem uma força contraído Leonello capaz de movimentar braço nesse caso, uso da expressão "a união faz a força" é bastante adequado. Veja a figura 1.4. Se você observar parte de um animal ou de uma planta ao microscópio, verá que as células se reúnem em grupos e que cada um deles tem uma função. Esses conjuntos de células agrupados que desempenham determinada função são denomi- 1.4 A contração do nados tecidos. um músculo, faz braço dobrar e até Seguindo mesmo raciocínio, é possível perceber que uma única célula não é capaz levantar peso. de proteger ou revestir toda a superfície do corpo humano. São necessárias muitas (Esquema simplificado. Cores fantasia.) células para formar uma camada protetora. Essas células que revestem corpo cons- tituem um tecido chamado de epiderme. Veja exemplos de tecidos na figura 1.5. pelos Ingeborg Asbach/Arquivo da editora derme epiderme Richard J. Green/Photo Researchers, Inc./Latinstock queratina epiderme tecido adiposo derme 1.5 llustração de pele Entre os vegetais também se encontram células especializadas. Algumas apre- humana (um órgão) e alguns tecidos: a sentam muitos cloroplastos, organelas verdes que realizam Outras epiderme, a derme e células formam a epiderme, camada que protege a planta. Observe a figura 1.6. tecido adiposo (sob a pele). Na foto, pele ao microscópio de luz ou óptico (aumento de cerca de 100 vezes). (Os elementos da ilustração Pejo/Shutterstock/Glow Images não estão na mesma escala. Cores fantasia.) Sinclair Photo 1.6 Epiderme da cebola representando um tecido Library/L Um tecido, a epiderme da vegetal (ilustração feita com base em imagem cebola (microscópio de luz produzida por microscópio de luz). Observe, à ou óptico; aumento de cerca direita, a ampliação da imagem. de 80 vezes). Unidade 1 Vida, matéria e energia 133 Órgãos e sistemas Atenção! Os tecidos podem agrupar-se e formar um órgão. Um exemplo de órgão é Existe uma proposta estômago, que se constitui de várias camadas de tecidos: uma delas forra e protege de criar um vocabulário único estômago por dentro, além de produzir substâncias que realizam a digestão; outra para as ciências da camada abriga os vasos sanguíneos; e uma terceira é capaz de se contrair e ajudar a saúde, que seja misturar os alimentos com as substâncias que realizam a digestão. aceito no mundo todo. De acordo com Um grupo de órgãos que trabalham em conjunto e de forma harmoniosa consti- essa nova tui um sistema. 0 coração, as artérias e as veias compõem sistema circulatório (ou terminologia anatômica, sistema cardiovascular), que impulsiona sangue e o conduz pelo corpo. 0 estômago, intes- digestivo passa a tino, fígado, a vesícula biliar, pâncreas, a boca, as glândulas salivares e mais alguns ser sistema digestório; entre órgãos formam o sistema digestório, responsável pela digestão e absorção dos ali- outras alterações. mentos. Observe a representação do nosso sistema digestório na figura 1.7. Neste livro serão apresentadas a Todos os sistemas, reunidos e trabalhando de modo coordenado, formam um nomenclatura atual organismo. e a tradicional para que você possa se Você pode perceber, portanto, que os seres vivos são muito mais organizados familiarizar com que a matéria sem vida. Na matéria sem vida não há, por exemplo, células, tecidos essas mudanças. ou órgãos. Leonello Images estômago Luengo Alex cavidade do estômago vasos sanguíneos Leonello Images Detalhe dos tecidos que formam o intestino. 1.7 Organização do corpo em células, tecidos, órgãos e sistemas. (Os elementos da ilustração não estão na mesma escala. Cores fantasia. Células e tecidos ilustrados com base em imagens obtidas por microscópio óptico.) 14 Capítulo 1 Estudando a célula4 microscópio Já vimos que os microscópios são formados por conjuntos de lentes que possibilitam a amplia- ção de imagens. As lentes são de material trans- parente, por isso são atravessadas facilmente pela Germano Luders/Arquivo da editora luz. Alguns tipos de lente, além disso, podem for- necer imagens aumentadas dos objetos. Na figura 1.9 você pode observar as partes de um microscópio óptico. Você vai aprender mais sobre lentes, microscópios e outros instrumentos no livro do ano. 0 material a ser examinado que pode ser 1.8 uma gota de água contendo organismos muito pequenos (microrganismos) é posto sobre uma lâmina de vidro. Dependendo do material utilizado, pode ser necessário cortá-lo em lâminas muito finas para que a luz atravesse. Em seguida, põe-se um pouco de água sobre material. Às vezes também são usados corantes, produtos que tingem certas partes da célula e criam um contraste que facilita a observação. Para visualizar melhor Cobre-se então material com uma lâmina de vidro muito fina, a lamínula. A luz núcleo da célula, emitida por uma lâmpada ou refletida por um espelho atravessa material e passa usa-se, por exemplo, pela objetiva, lente que está próxima ao material examinado. A maioria dos microscó- um corante chamado azul de metileno, que pios possui um conjunto de três objetivas, cada uma com capacidade de aumento di- torna núcleo azulado. ferente: pode haver, por exemplo, uma objetiva que aumente 10 vezes, outra que au- mente 40 vezes e uma terceira que amplie 100 vezes a imagem do objeto. Depois a luz atravessa a ocular, lente que fica próxima aos olhos do observador. 0 aumento total que 0 microscópio permite é 0 produto entre a capacidade de amplia- ção da lente ocular e a capacidade de ampliação da lente objetiva. Portanto, se a ocular aumenta 10 vezes e a objetiva aumenta 40 vezes, a imagem observada vai ser am- pliada 400 vezes. (*Atenção: não aponte o lente ocular espelho para Sol, pois o reflexo dele, se atingir o canhão olho, pode causar lesões observador na retina.) parafuso macrométrico revólver lente ocular lente lente objetiva condensadora lentes objetivas KLN Artes da platina objeto diafragma espelho* ou Kalabukhava Iryna/Shutterstock/Glow Images lâmpada fonte luminosa feixe de base luz 1.9 Unidade 1 Vida, matéria e energia 15Ciência e História A invenção do microscópio e a descoberta da célula 0 microscópio, como muitas outras invenções, um microscópio formado por duas ou mais lentes as- foi aperfeiçoado aos poucos, graças ao trabalho de sociadas dentro de um tubo de metal. Veja na figura vários técnicos e cientistas. 0 aprimoramento de téc- 1.10 instrumento de Hooke. nicas e equipamentos é muito comum em ciência: cada Ele conseguiu ver pequenos espaços na cortiça, cientista contribui com um pequeno "tijolo" para a que chamou de células (diminutivo, em latim, de cella, construção do conhecimento científico. Vejamos um 'pequeno cômodo'). Hoje sabemos que o que Hooke pouco da história dessa invenção. tinha visto, na realidade, era o envoltório das células Os primeiros microscópios, que eram bem sim- vegetais, a chamada parede celular. Dentro do en- ples e ampliavam apenas cerca de 20 vezes, teriam voltório havia um espaço vazio e já sem vida, pois o sido criados em 1590 pelos fabricantes de óculos ho- conteúdo já tinha morrido e desaparecido. Reveja a landeses Hans e Zacharias Janssen (pai e filho). figura 1.10. Já em 1665, o cientista inglês Robert Hooke Em 1674, comerciante holandês de tecidos An- (1635-1703; pronuncia-se "huk", com a letra "h" aspi- ton van Leeuwenhoek (1632-1723; pronuncia-se "lê- rada) observou pedaços de cortiça com o auxílio de venhuk") afirmou ter descoberto um mundo de ani- Edward Latinstock Dr. Cecil H. Fox/Photoresearchers/Latinstock 1.10 Microscópio utilizado por Hooke e ilustração, feita por ele, de um pedaço de cortiça observado com o instrumento (o corpo do microscópio tinha cerca de 15 cm de comprimento). No alto, cortiça vista ao microscópio eletrônico (aumento de cerca de 4400 vezes). 16 Capítulo 1 Estudando a célulamais em uma gota de água da chuva. Leeuwenhoek var o corpo humano em nível microscópico. Em 1858, tinha notável habilidade para polir lentes até ficarem médico alemão Rudolf Virchow (1821-1902; pronun- muito finas, tornando-as capazes de aumentar a ima- cia-se "fírchov") propôs que toda célula é capaz de se gem dos objetos até 270 vezes. Seu objetivo era usar reproduzir, gerando novas células iguais a ela. Virchow essas lentes para examinar as fibras do tecido, mas fez mais uma afirmação ousada para a época: as do- ele acabou observando também micror ganismos com enças seriam consequência de problemas nas células. apenas 0,003 mm (três milésimos de milímetro) de Vale lembrar que, no século XIX, crescimento das comprimento. Leeuwenhoek disse uma vezque "Tudo cidades europeias e surgimento de novos hábitos que descobrimos até agora é insignificante se com- levaram ao aumento das moléstias. parado ao que podemos encontrar no grande tesouro Como se vê, a descoberta de uma tecnologia nem da natureza". E ele não estava exagerando: os seres sempre tem efeitos imediatos na Ciência. Embora te- microscópicos constituem provavelmente mais de nha sido inventado no século XVI, o microscópio só 90% de todos indivíduos do planeta! passou a ser usado sistematicamente pelos cientistas Contudo, essas descobertas não tiveram muito no século XIX, quando botânica e estudo das doen- impacto na comunidade científica. Foi somente no ças levou os cientistas a aprofundar o estudo das século XIX que os estudos microscópicos ganharam células. importância. Nessa época, a população europeia cres- cia rapidamente, e a necessidade de produzir mais alimentos produziu grandes transformações na agri- cultura. Isso levou os cientistas a conhecer melhor a reprodução e as características das plantas, e o mi- croscópio grande utilidade em seus estudos. Na década de 1820, o botânico escocês Robert Brown (1773-1858; pronuncia-se "bráun") descobriu um pequeno corpo no interior de vários tipos de célu- Andrew Syred/Science Photo Library/Latinstock las e o chamou de núcleo. Em 1838, o botânico alemão Matthias Schleiden (1804-1881; pronuncia-se "xlái- den") concluiu que a célula era a unidade básica de todas as plantas. Um ano mais tarde, zoólogo alemão Theodor Schwann (1810-1882; pronuncia-se "xvan") generalizou esse conceito para os animais. Surgia, assim, a teoria celular de Schwann e Schleiden: "Todos seres vivos são formados por células". 1.11 Bactérias (em laranja) na ponta de um alfinete ao Outro campo que contribuiu para avanço do microscópio eletrônico (cores artificiais). o diâmetro da ponta do alfinete é de 0,03 mm e o comprimento da bactéria é de estudo das células foi a medicina, que passou a obser- 0,005 mm. Mundo virtual Fábrica de tecidos Reportagem sobre como impressoras 3-D podem contribuir para a produção de órgãos do corpo humano. Microscópio virtual com.br/fabrica-de-tecidos Objeto educacional digital que apresenta a história e funcionamento do microscópio, além da visualização de tecidos de perto e Galeria de imagens. que são seres vivos? Ensino de Ciências Página que apresenta os critérios que diferenciam seres vivos de seres não vivos e como estes podem ser classificados. Acesso em: 2 mar. 2015. Unidade 1 Vida, matéria e energia 17