4.1: Estudando células

Last updated
Save as PDF

Page ID: 182117

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Habilidades para desenvolver

Descreva o papel das células nos organismos
Compare e contraste a microscopia de luz e a microscopia eletrônica
Resuma a teoria celular

Uma célula é a menor unidade de um ser vivo. Um ser vivo, seja feito de uma célula (como uma bactéria) ou de muitas células (como um humano), é chamado de organismo. Assim, as células são os blocos de construção básicos de todos os organismos.

Várias células de um tipo que se interconectam entre si e desempenham uma função compartilhada formam tecidos, vários tecidos se combinam para formar um órgão (estômago, coração ou cérebro) e vários órgãos formam um sistema orgânico (como o sistema digestivo, o sistema circulatório ou o sistema nervoso). Vários sistemas que funcionam juntos formam um organismo (como um ser humano). Aqui, examinaremos a estrutura e a função das células.

Existem muitos tipos de células, todas agrupadas em uma das duas grandes categorias: procarióticas e eucarióticas. Por exemplo, as células animais e vegetais são classificadas como células eucarióticas, enquanto as células bacterianas 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 não podem ser vistas a olho nu, então os cientistas usam microscópios (micro- = “pequeno”; -scópio = “olhar”) para estudá-las. Um microscópio é um instrumento que amplia um objeto. A maioria das fotografias de células é tirada com um microscópio, e essas imagens também podem ser chamadas de micrografias.

A ótica das lentes de um microscópio muda a orientação da imagem que o usuário vê. 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 pelas lentes, esse sistema de duas lentes produz uma imagem invertida (microscópios binoculares ou de dissecção funcionam de maneira semelhante, mas incluem um sistema de ampliação adicional que faz com que a imagem final pareça estar na vertical).

Microscópios de luz

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

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 processo de ampliar a aparência de um objeto. O poder de resolução é a capacidade de um microscópio de distinguir duas estruturas adjacentes como separadas: quanto maior a resolução, melhor a clareza e os detalhes da imagem. Quando lentes de imersão em óleo são usadas para o estudo de objetos pequenos, a ampliação geralmente aumenta para 1.000 vezes. Para obter uma melhor compreensão da estrutura e função celular, os cientistas normalmente usam microscópios eletrônicos.

Parte a: Este microscópio de luz tem lentes binoculares e quatro lentes objetivas. O estágio da amostra está diretamente abaixo da lente objetiva. O microscópio óptico fica sobre uma mesa e pode ser facilmente transportado. Parte b: O microscópio eletrônico mostrado aqui fica em um museu. Tem aproximadamente o tamanho de uma mesa e uma pessoa pode sentar na frente dela para operá-la. Uma coluna mais alta que uma pessoa sobe do centro da luneta. — Figura\(\PageIndex{1}\): (a) A maioria dos microscópios de luz usados em um laboratório universitário de biologia pode ampliar células em até aproximadamente 400 vezes e ter uma resolução de cerca de 200 nanômetros. (b) Os microscópios eletrônicos fornecem uma ampliação muito maior, 100.000x, e têm uma resolução de 50 picômetros. (crédito a: modificação do trabalho por “GCG” /Wikimedia Commons; crédito b: modificação do trabalho de Evan Bench)

Microscópios eletrônicos

Ao contrário dos microscópios de luz, os microscópios eletrônicos (Figura\(\PageIndex{1}\) b) 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. O método usado para preparar a amostra para visualização com um microscópio eletrônico mata a amostra. Os elétrons têm comprimentos de onda curtos (menores que os fótons) que se movem melhor no vácuo, portanto, as células vivas não podem ser vistas com um microscópio eletrônico.

Em um microscópio eletrônico de varredura, um feixe de elétrons se move para frente e para trás na superfície de uma célula, criando detalhes das características da superfície celular. Em um microscópio eletrônico de transmissão, o feixe de elétrons penetra na 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: A salmonela através de um microscópio de luz aparece como pequenos pontos roxos. Parte b: Nesta micrografia eletrônica de varredura, as bactérias aparecem como ovais 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. — (uma)

Link para o aprendizado

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

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 do protista (um tipo de organismo unicelular) e do esperma, que ele chamou coletivamente de “animálculos”.

Em uma publicação de 1665 chamada Micrographia, o cientista experimental Robert Hooke cunhou o termo “célula” para as estruturas em forma de caixa que ele observava ao ver o tecido de cortiça através de uma lente. Na década de 1670, van Leeuwenhoek descobriu bactérias e protozoários. Avanços posteriores em lentes, construção de microscópios e técnicas de coloração permitiram que outros cientistas vissem alguns 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, a célula é a unidade básica da vida e novas células surgem das células existentes. Mais tarde, Rudolf Virchow fez contribuições importantes para essa teoria.

Conexão de carreira: Citotecnólogo

Você já ouviu falar de um exame médico chamado exame de Papanicolaou (Figura\(\PageIndex{3}\))? In this test, a doctor takes a small sample of cells from the uterine cervix of a patient and sends it to a medical lab where a cytotechnologist stains the cells and examines them for any changes that could indicate cervical cancer or a microbial infection.

Cytotechnologists (cyto- = “cell”) are professionals who study cells via microscopic examinations and other laboratory tests. They are trained to determine which cellular changes are within normal limits and which are abnormal. Their focus is not limited to cervical cells; they study cellular specimens that come from all organs. When they notice abnormalities, they consult a pathologist, who is a medical doctor who can make a clinical diagnosis.

Cytotechnologists play a vital role in saving people’s lives. When abnormalities are discovered early, a patient’s treatment can begin sooner, which usually increases the chances of a successful outcome.

Both normal cells and cells infected with HPV have an irregular, round shape and a well-defined nucleus. Infected cells, however, are two to three times as large as uninfected cells, and some have two nuclei. — Figure \(\PageIndex{3}\): These uterine cervix cells, viewed through a light microscope, were obtained from a Pap smear. Normal cells are on the left. The cells on the right are infected with human papillomavirus (HPV). Notice that the infected cells are larger; also, two of these cells each have two nuclei instead of one, the normal number. (credit: modification of work by Ed Uthman, MD; scale-bar data from Matt Russell)

Summary

A cell is the smallest unit of life. Most cells are so tiny that they cannot be seen with the naked eye. Therefore, scientists use microscopes to study cells. Electron microscopes provide higher magnification, higher resolution, and more detail than light microscopes. The unified cell theory states that all organisms are composed of one or more cells, the cell is the basic unit of life, and new cells arise from existing cells.

Glossary

cell theory: see unified cell theory

electron microscope: an instrument that magnifies an object using a beam of electrons passed and bent through a lens system to visualize a specimen

light microscope: an instrument that magnifies an object using a beam visible light passed and bent through a lens system to visualize a specimen

microscope: an instrument that magnifies an object

unified cell theory: a biological concept that states that all organisms are composed of one or more cells; the cell is the basic unit of life; and new cells arise from existing cells