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3.1: Como as células são estudadas

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    Uma célula é a menor unidade de um ser vivo. Um ser vivo, como você, é chamado de organismo. Assim, as células são os blocos de construção básicos de todos os organismos.

    Em organismos multicelulares, várias células de um tipo específico se interconectam entre si e desempenham funções compartilhadas para formar tecidos (por exemplo, tecido muscular, tecido conjuntivo e tecido nervoso), vários tecidos se combinam para formar um órgão (por exemplo, estômago, coração ou cérebro) e vários órgãos produzem até um sistema orgânico (como o sistema digestivo, o sistema circulatório ou o sistema nervoso). Vários sistemas que funcionam juntos formam um organismo (como um elefante, por exemplo).

    Existem muitos tipos de células e todas estão agrupadas em uma das duas grandes categorias: procarióticas e eucarióticas. Células animais, células vegetais, células fúngicas e células protistas são classificadas como eucarióticas, enquanto as células bacterianas e arqueas são classificadas como procarióticas. Antes de discutir os critérios para determinar se uma célula é procariótica ou eucariótica, vamos primeiro examinar como os biólogos estudam as células.

    Microscopia

    As células variam em tamanho. Com poucas exceções, células individuais são muito pequenas para serem vistas a olho nu, então os cientistas usam microscópios para estudá-las. Um microscópio é um instrumento que amplia um objeto. A maioria das imagens das células é tirada com um microscópio e são chamadas de micrografias.

    Microscópios de luz

    Para dar uma ideia do tamanho de uma célula, um glóbulo vermelho humano típico tem cerca de oito milionésimos de metro ou oito micrômetros (abreviados como µm) de diâmetro; a cabeça de um pino tem cerca de dois milésimos de metro (milímetros ou mm) de diâmetro. Isso significa que aproximadamente 250 glóbulos vermelhos podem caber na cabeça de um alfinete.

    A ótica das lentes de um microscópio de luz muda a orientação da imagem. Uma amostra com o lado direito para cima e voltada para a direita na lâmina do microscópio aparecerá de cabeça para baixo e voltada para a esquerda quando vista através de um microscópio e vice-versa. Da mesma forma, se a lâmina for movida para a esquerda ao olhar pelo microscópio, ela parecerá se mover para a direita e, se for movida para baixo, parecerá se mover para cima. Isso ocorre porque os microscópios usam dois conjuntos de lentes para ampliar a imagem. Devido à maneira pela qual a luz viaja através das lentes, esse sistema de lentes produz uma imagem invertida (binóculos e um microscópio de dissecação funcionam de maneira semelhante, mas incluem um sistema de ampliação adicional que faz com que a imagem final pareça estar na vertical).

    A maioria dos microscópios estudantis é classificada como microscópios de luz (Figura\(\PageIndex{1}\) a). A luz visível passa e é curvada pelo sistema de lentes para permitir que o usuário veja a amostra. Os microscópios de luz são vantajosos para a visualização de organismos vivos, mas como células individuais geralmente são transparentes, seus componentes não são distinguíveis, a menos que sejam coloridos com manchas especiais. A coloração, no entanto, geralmente mata as células.

    Os microscópios de luz comumente usados no laboratório da faculdade de graduação aumentam até aproximadamente 400 vezes. Dois parâmetros importantes na microscopia são a ampliação e o poder de resolução. A ampliação é o grau de ampliação de um objeto. O poder de resolução é a capacidade de um microscópio de permitir que o olho distinga duas estruturas adjacentes como separadas; quanto maior a resolução, mais próximos esses dois objetos podem estar e melhor a clareza e os detalhes da imagem. Quando lentes de imersão em óleo são usadas, a ampliação geralmente é aumentada para 1.000 vezes para o estudo de células menores, como a maioria das células procarióticas. Como a luz que entra em uma amostra por baixo é focada no olho de um observador, a amostra pode ser visualizada usando microscopia de luz. Por esse motivo, para que a luz passe por uma amostra, a amostra deve ser fina ou translúcida.

    CONCEITO EM AÇÃO

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    Para outra perspectiva sobre o tamanho da célula, experimente o interativo HowBig.

    Um segundo tipo de microscópio usado em laboratórios é o microscópio de dissecação (Figura\(\PageIndex{1}\) b). Esses microscópios têm uma ampliação menor (20 a 80 vezes o tamanho do objeto) do que os microscópios de luz e podem fornecer uma visão tridimensional da amostra. Objetos grossos podem ser examinados com vários componentes em foco ao mesmo tempo. Esses microscópios são projetados para fornecer uma visão ampliada e clara da estrutura do tecido, bem como da anatomia de todo o organismo. Como os microscópios de luz, a maioria dos microscópios dissecadores modernos também são binoculares, o que significa que eles têm dois sistemas de lentes separados, um para cada olho. Os sistemas de lentes são separados por uma certa distância e, portanto, fornecem uma sensação de profundidade na visão do objeto para facilitar as manipulações manuais. Os microscópios de dissecção também têm ótica que corrigem a imagem para que ela apareça como se estivesse sendo vista a olho nu e não como uma imagem invertida. A luz que ilumina uma amostra sob um microscópio de dissecação normalmente vem de cima da amostra, mas também pode ser direcionada de baixo.

    Parte a: Este microscópio de luz tem lentes binoculares e três lentes objetivas. O estágio da amostra está diretamente abaixo da lente objetiva. O microscópio óptico fica em cima de uma mesa. Parte b: O microscópio de dissecação tem oculares binoculares, uma lente objetiva e fontes de luz de cima e de baixo do estágio da amostra. Há espaço no palco para um espécime tridimensional.
    Figura\(\PageIndex{1}\): (a) A maioria dos microscópios de luz usados em um laboratório de biologia da faculdade pode ampliar as células em até aproximadamente 400 vezes. (b) Os microscópios de dissecção têm uma ampliação menor do que os microscópios de luz e são usados para examinar objetos maiores, como tecidos.

    Microscópios eletrônicos

    Ao contrário dos microscópios de luz, os microscópios eletrônicos usam um feixe de elétrons em vez de um feixe de luz. Isso não só permite maior ampliação e, portanto, mais detalhes (Figura\(\PageIndex{2}\)), mas também fornece maior poder de resolução. A preparação de uma amostra para visualização sob um microscópio eletrônico a matará; portanto, as células vivas não podem ser vistas usando esse tipo de microscopia. Além disso, o feixe de elétrons se move melhor no vácuo, impossibilitando a visualização de materiais vivos.

    Em um microscópio eletrônico de varredura, um feixe de elétrons se move para frente e para trás na superfície de uma célula, renderizando os detalhes das características da superfície celular por reflexão. As células e outras estruturas geralmente são revestidas com um metal como o ouro. Em um microscópio eletrônico de transmissão, o feixe de elétrons é transmitido pela célula e fornece detalhes das estruturas internas da célula. Como você pode imaginar, os microscópios eletrônicos são significativamente mais volumosos e caros do que os microscópios de luz.

    Parte a: Salmonella vista através de um microscópio de luz aparece como pequenos pontos roxos.
    Parte b: Nesta micrografia eletrônica de varredura, as bactérias aparecem como ovais vermelhos tridimensionais. As células humanas são muito maiores com uma aparência complexa e dobrada. Algumas das bactérias estão na superfície das células humanas e outras são comprimidas entre elas.
    Figura\(\PageIndex{2}\): (a) A bactéria Salmonella é visualizada com um microscópio óptico. (b) Esta micrografia eletrônica de varredura mostra a bactéria Salmonella (em vermelho) invadindo as células humanas. (crédito a: modificação do trabalho do CDC, Instituto de Patologia das Forças Armadas, Charles N. Farmer; crédito b: modificação do trabalho dos Laboratórios Rocky Mountain, NIAID, NIH; dados da barra de escala de Matt Russell)

    CARREIRAS EM AÇÃO: Citotecnólogo

    Você já ouviu falar de um exame médico chamado exame de Papanicolaou (Figura\(\PageIndex{3}\))? Nesse teste, um médico coleta uma pequena amostra de células do colo uterino de uma paciente e a envia para um laboratório médico, onde um citotecnólogo mancha as células e as examina em busca de alterações que possam indicar câncer cervical ou infecção microbiana.

    Os citotecnólogos (cito-= célula) são profissionais que estudam células por meio de exames microscópicos e outros testes laboratoriais. Eles são treinados para determinar quais alterações celulares estão dentro dos limites normais ou são anormais. Seu foco não se limita às células cervicais; eles estudam amostras celulares provenientes de todos os órgãos. Quando notam anormalidades, consultam um patologista, que é um médico que pode fazer um diagnóstico clínico.

    Os citotecnólogos desempenham papéis vitais para salvar a vida das pessoas. Quando as anormalidades são descobertas precocemente, o tratamento do paciente pode começar mais cedo, o que geralmente aumenta as chances de sucesso do tratamento.

    Tanto as células normais quanto as infectadas com o HPV têm uma forma irregular e redonda e um núcleo bem definido. As células infectadas, no entanto, são duas a três vezes maiores que as células não infectadas, e algumas têm dois núcleos.
    Figura\(\PageIndex{3}\): Essas células do colo uterino, vistas através de um microscópio óptico, foram obtidas a partir de um exame de Papanicolaou. As células normais estão à esquerda. As células à direita estão infectadas com o papilomavírus humano. (crédito: modificação do trabalho de Ed Uthman; dados da barra de escala de Matt Russell)

    Teoria celular

    Os microscópios que usamos hoje são muito mais complexos do que os usados nos anos 1600 por Antony van Leeuwenhoek, um lojista holandês que tinha grande habilidade em criar lentes. Apesar das limitações de suas lentes antigas, van Leeuwenhoek observou os movimentos de protistas (um tipo de organismo unicelular) e espermatozóides, que ele chamou coletivamente de “animálculos”.

    Em uma publicação de 1665 chamada Micrographia, o cientista experimental Robert Hooke cunhou o termo “célula” (do latim cella, que significa “sala pequena”) para as estruturas em forma de caixa que ele observou ao ver o tecido de cortiça através de uma lente. Na década de 1670, van Leeuwenhoek descobriu bactérias e protozoários. Avanços posteriores na construção de lentes e microscópios permitiram que outros cientistas vissem diferentes componentes dentro das células.

    No final da década de 1830, o botânico Matthias Schleiden e o zoólogo Theodor Schwann estavam estudando tecidos e propuseram a teoria celular unificada, que afirma que todos os seres vivos são compostos por uma ou mais células, que a célula é a unidade básica da vida e que todas as novas células surgem das células existentes. Esses princípios ainda existem hoje.

    Resumo da seção

    Uma célula é a menor unidade de vida. A maioria das células é tão pequena que não pode ser vista a olho nu. Portanto, os cientistas devem usar microscópios para estudar células. Os microscópios eletrônicos fornecem maior ampliação, maior resolução e mais detalhes do que os microscópios de luz. A teoria celular unificada afirma que todos os organismos são compostos por uma ou mais células, a célula é a unidade básica da vida e novas células surgem das células existentes.

    Glossário

    microscópio
    o instrumento que amplia um objeto
    teoria celular unificada
    o conceito biológico que afirma que todos os organismos são compostos por uma ou mais células, a célula é a unidade básica da vida e novas células surgem das células existentes

    Contribuidores e atribuições