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Estrutura celular

Biologia do A-Level · Tópico 1

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16:26

Como Estudamos Células

Você é construído com cerca de trinta trilhões de células, mas nunca viu uma só. As células são simplesmente pequenas demais para o olho. Um grão de areia tem cerca de um…

Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas

1.1

Como estudamos células

Programa
  1. fazer preparações temporárias de material celular adequadas para visualização com um microscópio óptico
  2. desenhar células de lâminas de microscópio e fotomicrografias
  3. calcular aumento de imagens e tamanhos reais de espécimes a partir de desenhos, fotomicrografias e micrografias eletrônicas (varredura e transmissão)
  4. usar uma micrômetros ocular e escala de micrômetro de palco para fazer medições e usar as unidades apropriadas, milímetro (mm), micrômetro (µm) e nanômetro (nm)
  5. definir resolução e aumento e explicar as diferenças entre esses termos, com referência à microscopia óptica e microscopia eletrônica

Fonte: Programa Cambridge International

Células 细胞 são muito pequenas, então você não pode vê-las apenas com os olhos. Você usa um microscópio 显微镜 para criar uma imagem maior delas. O primeiro tipo que você encontra é o microscópio óptico 光学显微镜. Ele projeta luz através de uma amostra 标本 fina (o material que você observa) e usa lentes de vidro para aumentar a visão.

O caminho da luz de um microscópio óptico: a luz da lâmpada passa para cima através do condensador, a amostra no porta-objetos, depois a lente objetiva e a lente ocular até o olho
Um microscópio óptico: a luz passa para cima através da amostra, depois duas lentes (a objetiva e a ocular) aumentam a imagem

Preparando uma lâmina e desenhar o que você vê

Para observar material vivo, você faz uma preparação temporária 临时装片. Você coloca um pedaço pequeno e fino do material em uma lâmina 载玻片 de vidro, adiciona uma gota de corante 染色剂 (um líquido colorido que facilita a visualização das partes) e depois abaixa uma lâmina cobradora 盖玻片 fina por cima para achatá-la e evitar bolhas de ar.

Três passos para montar uma preparação úmida: coloque a amostra na lâmina, adicione uma gota de corante, depois abaixe a lâmina cobradora em um ângulo
Fazendo uma montagem úmida temporária — abaixe a lâmina cobradora em um ângulo para que nenhuma bolha de ar fique presa

Quando você desenha células de uma lâmina ou de uma fotografia, siga regras simples:

  • use um lápis bem afiado e linhas claras e únicas (sem sombreamento).
  • desenhe apenas o que você realmente consegue ver, com as partes nas proporções corretas.
  • rotule as partes com linhas retas que não se cruzam.

Aumento e tamanho real

Aumento 放大倍数 diz quantas vezes maior a imagem é em relação ao objeto real. Não tem unidade. Você o encontra com uma fórmula:

Um objeto pequeno é amplificado pelo microscópio; aumento = tamanho da imagem ÷ tamanho real
Aumento = tamanho da imagem ÷ tamanho real
$$\text{magnification} = \frac{\text{size of image}}{\text{actual size of object}}$$

Você pode rearranjar isso para encontrar qualquer valor a partir dos outros dois:

$$\text{actual size} = \frac{\text{size of image}}{\text{magnification}}$$

O topo e a base da fração devem usar a mesma unidade. Células são minúsculas, então você trabalha com unidades pequenas:

  • $1\ \text{mm} = 1000\ \text{micrometre}$ 微米 (µm)
  • $1\ \text{µm} = 1000\ \text{nanometre}$ nanômetro (nm)
  • então $1\ \text{mm} = 1\,000\,000\ \text{nm}$.

Exemplo resolvido. Em uma fotomicrografia com aumento $5000$, um cloroplasto 叶绿ite mede $25\ \text{mm}$ de largura. Seu tamanho real é

$$\frac{25\ \text{mm}}{5000} = 0.005\ \text{mm} = 5\ \text{µm}.$$

A mesma fórmula funciona para desenhos, fotomicrografias 显微照片 (fotos tiradas através de um microscópio óptico) e micrografias eletrônicas 电子显微照片 (as fotos mais detalhadas, explicadas abaixo). Sempre converta para a mesma unidade primeiro, depois divida.

Retículo ocular e micrômetro de palco

Para medir uma célula real sob o microscópio, você usa um retículo ocular 目镜测微尺 — uma escala minúscula dentro da lente ocular. Suas divisões não têm tamanho fixo, então primeiro você deve calibrar 校准 elas (descobrir o valor de uma divisão).

Você calibra usando um micrômetro de palco 载物台测微尺 — uma lâmina especial com uma escala precisa nela (geralmente $1\ \text{mm}$ dividido em $100$ partes, então cada parte é $10\ \text{µm}$). Você alinha as duas escalas, conta quantas divisões do retículo cabem em um comprimento conhecido e divide. Uma vez calibrado, você pode trocar pela sua amostra e medi-la com o retículo.

Duas escalas alinhadas: um retículo ocular marcado de 0 a 100 acima de um micrômetro de palco marcado em micrômetros abaixo, com a calibração calculada
Calibre o retículo alinhando-o com a escala conhecida do micrômetro de palco

Resolução e aumento

Essas duas palavras são fáceis de confundir. O examinador dá pontos pela diferença.

  • Aumento é quantas vezes maior a imagem é em relação ao objeto.
  • Resolução 分辨率 é a menor distância entre dois pontos que ainda permite vê-los como dois pontos separados.

Aumentar uma imagem nem sempre mostra mais detalhes. Passado certo ponto, você apenas obtém uma imagem maior e borrada. A resolução define o limite real de detalhes.

Um microscópio óptico tem menor resolução porque a luz tem um comprimento de onda 波长 relativamente longo. Um microscópio eletrônico 电子显微镜 usa feixes de elétrons 电子 em vez de luz. Elétrons têm um comprimento de onda muito menor, então a resolução é muito maior e você pode ver estruturas muito pequenas dentro da célula. Existem dois tipos: varredura 扫描 (mostra a superfície em 3D) e transmissão 透射 (passa elétrons através de uma fatia fina para mostrar detalhes internos).

Dois pontos próximos parecem uma única mancha borrada sob um microscópio óptico, mas como dois pontos separados sob um microscópio eletrônico
Resolução: um microscópio óptico borra dois pontos muito próximos em um; um microscópio eletrônico, com seu comprimento de onda mais curto, os resolve como dois
Explorar

Laboratório de decisão do microscópio

Escolha a ideia correta de microscopia baseada no que o aluno quer ver.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
microscope/ˈmaɪkrəskəʊp/ 显微镜 xiǎn wēi jìng
light microscope/laɪt ˈmaɪkrəskəʊp/ 光学显微镜 guāng xué xiǎn wēi jìng
specimen/ˈspesɪmən/ 标本 biāo běn
temporary preparation/ˈtemprəri ˌprepəˈreɪʃn/ 临时装片 lín shí zhuāng piàn
slide/slaɪd/ 载玻片 zài bō piàn
stain/steɪn/ 染色剂 rǎn sè jì
cover slip/ˈkʌvə slɪp/ 盖玻片 gài bō piàn
magnification/ˌmæɡnɪfɪˈkeɪʃn/ 放大倍数 fàng dà bèi shù
micrometre/ˈmaɪkrəʊmiːtə/ 微米 wēi mǐ
nanometre/ˌnænəʊˈmiːtə/ 纳米 nà mǐ
chloroplast/ˈklɔːrəʊplæst/ 叶绿体 yè lǜ tǐ
photomicrograph/ˌfəʊtəʊˈmaɪkrəɡræf/ 显微照片 xiǎn wēi zhào piān
electron micrograph/ɪˈlektrɒn ˈmaɪkrəɡræf/ 电子显微照片 diàn zi xiǎn wēi zhào piān
eyepiece graticule/ˈaɪpiːs ˈɡrætɪkjuːl/ 目镜测微尺 mù jìng cè wēi chǐ
calibrate/ˈkælɪbreɪt/ 校准 jiào zhǔn
stage micrometer/steɪdʒ maɪˈkrɒmɪtə/ 载物台测微尺 zài wù tái cè wēi chǐ
resolution/ˌrezəˈluːʃn/ 分辨率 fēn biàn lǜ
wavelength/ˈweɪvleŋθ/ 波长 bō cháng
electron microscope/ɪˈlektrɒn ˈmaɪkrəskəʊp/ 电子显微镜 diàn zi xiǎn wēi jìng
electron/ɪˈlektrɒn/ 电子 diàn zi
scanning/ˈskænɪŋ/ 扫描 sǎo miáo
transmission/trænˈsmɪʃn/ 透射 tòu shè
eukaryotic cell/ˌjuːkərɪˈɒtɪk sel/ 真核细胞 zhēn hé xì bāo
nucleus/ˈnjuːklɪəs/ 细胞核 xì bāo hé
organelle/ˌɔːɡəˈnel/ 细胞器 xì bāo qì
cytoplasm/ˈsaɪtəplæzəm/ 细胞质 xì bāo zhì
cell surface membrane/sel ˈsɜːfɪs ˈmembreɪn/ 细胞膜 xì bāo mó
nuclear envelope/ˈnjuːklɪə ˈenvələʊp/ 核膜 hé mó
nucleolus/ˌnjuːklɪˈəʊləs/ 核仁 hé rén
rough endoplasmic reticulum/rʌf ˌendəʊˈplæzmɪk reˈtɪkjʊləm/ 粗面内质网 cū miàn nèi zhì wǎng
protein/ˈprəʊtiːn/ 蛋白质 dàn bái zhì
antibody/ˈæntɪbɒdi/ 抗体 kàng tǐ
smooth endoplasmic reticulum/smuːð ˌendəʊˈplæzmɪk reˈtɪkjʊləm/ 滑面内质网 huá miàn nèi zhì wǎng
lipid/ˈlɪpɪd/ 脂质 zhī zhì
Golgi body/ˈɡɒlɡɪ ˈbɒdi/ 高尔基体 gāo ěr jī tǐ
vesicle/ˈvesɪkl/ 囊泡 náng pào
secretion/sɪˈkriːʃn/ 分泌 fēn mì
mitochondria/ˌmaɪtəˈkɒndrɪə/ 线粒体 xiàn lì tǐ
respiration/ˌrespɪˈreɪʃn/ 呼吸作用 hū xī zuò yòng
energy/ˈenədʒi/ 能量 néng liàng
ribosome/ˈriːbəʊsəʊm/ 核糖体 hé táng tǐ
amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/ 氨基酸 ān jī suān
synthesise/ˈsɪnθəsaɪz/ 合成 hé chéng
lysosome/ˈlaɪsəʊsəʊm/ 溶酶体 róng méi tǐ
enzyme/ˈenzaɪm/ 酶 méi
centriole/ˈsentrɪəʊl/ 中心粒 zhōng xīn lì
microtubule/ˌmaɪkrəʊˈtjuːbjuːl/ 微管 wēi guǎn
cilia/ˈsɪlɪə/ 纤毛 xiān máo
microvilli/ˈmaɪkrəʊvɪlaɪ/ 微绒毛 wēi róng máo
absorption/əbˈsɔːpʃn/ 吸收 xī shōu
photosynthesis/ˌfəʊtəʊˈsɪnθəsɪs/ 光合作用 guāng hé zuò yòng
cell wall/sel wɔːl/ 细胞壁 xì bāo bì
cellulose/ˈseljuːləʊs/ 纤维素 xiān wéi sù
plasmodesmata/ˌplæzməʊdˈsmɑːtə/ 胞间连丝 bāo jiān lián sī
vacuole/ˈvækjuːəʊl/ 液泡 yè pào
1.2

Células eucarióticas e seus organelos

Programa
  1. reconhecer organelas e outras estruturas celulares encontradas em células eucariotas e esboçar suas estruturas e funções, limitadas a: • membrana plasmática • núcleo, envelope nuclear e nucléolo • retículo endoplasmático rugoso • retículo endoplasmático liso • complexo de Golgi (corpo de Golgi ou aparelho de Golgi) • mitocôndrias (incluindo a presença de DNA circular pequeno) • ribossomos (80S no citoplasma e 70S em cloroplastos e mitocôndrias) • lisossomos • centríolos e microtúbulos • cílios • microvilos • cloroplastos (incluindo a presença de DNA circular pequeno) • parede celular • plasmodesmos • vacúolo permanente grande e tonoplasto de células vegetais
  2. descrever e interpretar fotomicrografias, micrografias eletrônicas e desenhos de células vegetais e animais típicas
  3. comparar a estrutura de células vegetais e animais típicas
  4. afirmar que as células usam ATP da respiração para processos que exigem energia
  5. esboçar características estruturais-chave de uma célula procariótica encontrada em uma bactéria típica, incluindo: • unicelular • geralmente diâmetro de 1–5 µm • paredes celulares de peptidoglicano • DNA circular • ribossomos 70S • ausência de organelas cercadas por membranas duplas
  6. comparar a estrutura de uma célula procariótica encontrada em uma bactéria típica com as estruturas de células eucarióticas típicas em plantas e animais
  7. afirmar que todos os vírus são estruturas não celulares com um núcleo de ácido nucleico (seja DNA ou RNA) e um capsídeo feito de proteína, e que alguns vírus têm uma envoltória externa feita de fosfolipídios

Fonte: Programa Cambridge International

Células vegetais e animais são células eucarióticas 真核细胞: seu DNA é mantido dentro de um núcleo 细胞核. Dentro da célula existem muitas pequenas partes chamadas organelas 细胞器, cada uma com sua própria função. O fluido gelatinoso ao redor delas é o citoplasma 细胞质.

Diagrama rotulado de uma célula animal mostrando o núcleo, mitocôndrias, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, ribossomos e outros organelos
Uma célula animal generalizada e suas organelas

Diagrama rotulado de uma célula vegetal mostrando a parede celular, cloroplastos, grande vacúolo central e núcleo *Uma célula vegetal também possui parede celular, cloroplastos e um grande vacúolo

Em uma fotomicrografia ou micrografia eletrônica você identifica organelas por sua forma, tamanho e posição; em um desenho você mostra seus contornos e os rotula.

Organela Estrutura Função
membrana plasmática 细胞膜 camada fina ao redor da célula controla o que entra e sai da célula
núcleo grande, envolto por uma envoltória nuclear 核膜 (uma membrana dupla com orifícios); contém um ** nucléolo** 核仁 armazena o DNA; controla a célula; o nucléolo produz ribossomos
retículo endoplasmático rugoso 粗面内质网 (RE rugoso) folhas de membrana com ribossomos na superfície produz e transporta proteínas 蛋白质 (por exemplo anticorpos 抗体)
retículo endoplasmático liso 滑面内质网 (RE liso) folhas de membrana, sem ribossomos produz lipídios 脂质
corpo de Golgi 高尔基体 pilha de sacos membranosos achatados modifica e empacota proteínas e lipídios em vesículas 囊泡 para secreção 分泌
mitocôndrias 线粒体 ovais, com membrana interna dobrada; possuem pequeno DNA circular local da respiração 呼吸作用 — libera energia 能量 na forma de ATP
ribossomos 核糖体 muito pequenos; $80\text{S}$ no citoplasma, $70\text{S}$ nos cloroplastos e mitocôndrias ligam aminoácidos 氨基酸 para sintetizar 合成 proteínas
lisossomos 溶酶体 pequenos sacos de enzimas 酶 quebram organelas velhas e resíduos
centríolos 中心粒 e microtúbulos 微管 tubos pequenos feitos de proteína ajudam a mover cromossomos e formam o "esqueleto" da célula
cílios 纤毛 pelos minúsculos na superfície da célula que batem movem fluidos ou movem a célula
microvilosidades 微绒毛 pregas minúsculas da membrana plasmática aumentam a área de superfície para absorção 吸收
cloroplastos (plantas) verdes, com membranas empilhadas; possuem pequeno DNA circular local da fotossíntese 光合作用
parede celular 细胞壁 (plantas) camada externa forte de celulose 纤维素 suporta e protege a célula; impede que ela estoure
plasmodesmos 胞间连丝 (plantas) canais minúsculos através das paredes celulares conectam o citoplasma de células vizinhas
grande vacúolo permanente 液泡 (plantas) grande saco de fluido aquoso, com uma membrana chamada tonoplasto 液泡膜 armazena água e mantém a célula firme

As células usam ATP produzido na respiração como sua fonte de energia para cada tarefa que requer energia, como fazer proteínas, mover coisas e se dividir.

Comparando células vegetais e animais

Característica Célula vegetal Célula animal
parede celular presente (celulose) ausente
cloroplastos presente ausente
grande vacúolo permanente presente ausente (apenas pequenos e temporários)
centríolos ausentes na maioria presentes
forma fixa e regular mais arredondada e flexível

Ambas possuem membrana plasmática, citoplasma, núcleo, mitocôndrias, ribossomos, RE e corpo de Golgi.

Explorar

Explore uma célula animal

Toque em cada parte numerada para verificar se conhece sua função — as mesmas organelas da tabela acima.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
cell/sel/ 细胞 xì bāo
tonoplast/ˈtɒnəplæst/ 液泡膜 yè pào mó
prokaryotic cell/ˌprɒkərɪˈɒtɪk sel/ 原核细胞 yuán hé xì bāo
bacterium/bækˈtɪərɪəm/ 细菌 xì jūn
unicellular/ˌjuːnɪˈseljʊlə/ 单细胞 dān xì bāo
peptidoglycan/ˈpeptɪdɒɡlɪkən/ 肽聚糖 tài jù táng
1.2

Células procarióticas (bactérias)

Uma célula procariótica 原核细胞, como uma bactéria 细菌, é muito menor e mais simples que uma célula eucariótica. Suas características principais são:

  • unicelular 单细胞 — é uma única célula.
  • geralmente $1$–$5\ \text{µm}$ de diâmetro.
  • parede celular feita de peptidoglicano 肽聚糖 (não celulose).
  • DNA circular livre no citoplasma — não há núcleo.
  • $70\text{S}$ ribossomos (menores que os $80\text{S}$ no citoplasma dos eucariotos).
  • nenhum organelo envolto por membrana dupla — então sem núcleo, sem mitocôndrias e sem cloroplastos.
Diagrama rotulado de uma célula procariótica mostrando a cápsula, parede celular, membrana plasmática, DNA circular livre (nucleoide), plasmídeo, ribossomos, pili e flagelo
Uma célula procariótica: o DNA circular (nucleoide) fica livre, sem núcleo e sem organelos de membrana dupla

Comparando células procarióticas e eucarióticas

Característica Célula procariótica Célula eucariótica
tamanho cerca de $1$–$5\ \text{µm}$ cerca de $10$–$100\ \text{µm}$
DNA circular, livre no citoplasma linear, dentro de um núcleo
núcleo nenhum presente
organelos de membrana dupla nenhum mitocôndrias (e cloroplastos em plantas)
ribossomos $70\text{S}$ $80\text{S}$ (com $70\text{S}$ dentro de mitocôndrias e cloroplastos)
parede celular peptidoglicano celulose (plantas) ou nenhuma (animais)
Explorar

Explore uma célula bacteriana

Um procarioto é menor e mais simples. Toque em cada parte — note que não há núcleo nem organelas de dupla membrana.

1.2

Vírus

Todos os vírus 病毒 são não-celulares 非细胞 — eles não são feitos de células. Cada vírus é construído a partir de apenas duas ou três partes:

  • um núcleo de ácido nucleico 核酸, que é ou DNA ou RNA (nunca ambos).
  • uma capa proteica ao redor do núcleo chamada capsídeo 衣壳.
  • em alguns vírus, uma envelope 包膜 externa feita de fosfolipídios 磷脂.
Micrografia eletrônica de um bacteriófago: cabeça arredondada em um cauda reta, com barra de escala de 100 nm
Um vírus real, ampliado enormemente. A cabeça arredondada é o capsídeo proteico envolvendo o núcleo de ácido nucleico; a cauda injeta esse ácido nucleico em uma bactéria. Note a barra de escala — todo o vírus tem cerca de 100 nm, muito menor que qualquer célula
Diagrama de um vírus generalizado: uma fita de ácido nucleico enrolada dentro de um capsídeo proteico, envolvida por um envelope lipídico salpicado com espinhos de glicoproteína
Um vírus generalizado: ácido nucleico dentro de um capsídeo proteico, com envelope lipídico em alguns vírus

Um vírus não tem citoplasma, não tem organelos e não tem ribossomos. Ele não pode respirar nem fazer suas próprias proteínas. Só pode copiar-se dentro de uma célula hospedeira 宿主 viva, então ele está na borda do que chamamos de "vivo".

Explorar

Explore um vírus

Um vírus é não celular — apenas algumas partes. Toque em cada uma: não há citoplasma, organelas nem ribossomos.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
virus/ˈvaɪrəs/ 病毒 bìng dú
non-cellular/nɒn ˈseljʊlə/ 非细胞 fēi xì bāo
nucleic acid/njuːˈklɪɪk ˈæsɪd/ 核酸 hé suān
capsid/ˈkæpsɪd/ 衣壳 yī ké
envelope/ˈenvələʊp/ 包膜 bāo mó
phospholipid/ˈfɒsfəlɪpɪd/ 磷脂 lín zhī
host/həʊst/ 宿主 sù zhǔ
1.2

Dicas de prova

  • Ampliação $=$ tamanho da imagem $\div$ tamanho real — converta as unidades primeiro ($\text{mm} \leftrightarrow \mu\text{m} \leftrightarrow \text{nm}$), depois reorganize para qualquer valor desconhecido.
  • Diferencie ampliação (quantas vezes maior) de resolução (menor distância ainda vista como dois pontos); microscópios eletrônicos têm maior resolução porque elétrons têm comprimento de onda mais curto.
  • Dê a cada organela um par de estrutura + função (ex. mitocôndria: membrana interna dobrada → respiração aeróbica).
  • Declare as diferenças procarioto vs eucarioto exatamente: sem núcleo, ribossomos menores (70S), sem organelos membranosos, DNA circular.
  • Vírus são não-vivos — descreva-os apenas por capsídeo, material genético e (às vezes) envelope.

Aulas interativas sobre este tópico

Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.

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