A importância do microscópio para a biologia - Microscópio; Células; Microrganismos.

RESUMO: A invenção do microscópio feita pelos holandeses Hans Jansen e seu filho Zacharias Jansen, até então fabricantes de óculos, proporcionou uma das maiores contribuições de todos os tempos para a ciência, pois, a comunidade científica, especialistas na realidade macroscópica, pode enfim conhecer o universo microscópico, tendo o neerlandês Antonie Von Leeuwenhoek como o primeiro a descrever, através de um equipamento de sua própria fabricação, elementos microscópicos como as leveduras, as fibras musculares, e posteriormente, os espermatozoides e as bactérias. Entretanto, a descoberta mais significativa para a ciência viria alguns anos mais tarde, quando o cientista inglês Robert Hooke relatou em seu livro intitulado Micrographie, a descoberta da célula. A microscopia também foi fundamental para a formulação da teoria celular, feita pelo botânico alemão Matthias Jacob e o fisiologista também alemão Theodor Schwann e que foi considerado um marco na biologia, além de possibilitar o estudo dos microrganismos, ajudando a refutar a teoria da abiogênese. Mais tarde com a evolução dos microscópios, como o de luz (óptico) e o eletrônico de varredura e de transmissão, todas as organelas da célula puderam ser estudadas devido à resolução proporcionada pela eficiência desses equipamentos, dando origem a microbiologia e a citologia.

 

Palavras – chaves: Microscópio. Célula. Microrganismos.

ABSTRACT: The invention of the microscope made by the Dutch Hans Jansen and his son Zacharias Jansen, until then eyeglass makers, provided one of the greatest contributions of all time to science, because the scientific community, specialists in macroscopic reality, can finally get to know the microscopic universe, with the Dutchman Antonie Von Leeuwenhoek as the first to describe, using equipment of his own manufacture, microscopic elements such as yeasts, muscle fibers, and later, sperm and bacteria. However, the most significant discovery for science would come a few years later, when English scientist Robert Hooke reported in his book entitled Micrographie, the discovery of the cell. Microscopy was also fundamental for the formulation of cell theory, made by the German botanist Matthias Jacob and the German physiologist Theodor Schwann, who was considered a landmark in biology, in addition to enabling the study of microorganisms, helping to refute the theory of abiogenesis. Later with the evolution of microscopes, such as light (optical) and scanning and transmission electronics, all the cell's organelles could be studied due to the resolution provided by the efficiency of this equipment, giving rise to microbiology and cytology.

Keywords: Microscope. Cell. Microorganisms.

INTRODUÇÃO

Quando os holandeses Hans Janssen e seu filho Zacharias Janssen, fabricantes de óculos descobriram no final do século XVl, que sobrepondo uma lente sobre outra conseguiriam ampliar a imagem de forma considerável, não imaginavam a contribuição que seus experimentos significariam para a ciência, pois, somente no final do século seguinte, o neerlandês Antonie Von Leeuwenhoek, utilizando um microscópio de fabricação própria, foi o primeiro a empregá-lo de forma relevante para a ciência, descrevendo as leveduras como um ser vivo e importante na fermentação de bebidas. Anos mais tarde relatou também a visualização das fibras musculares, dos espermatozoides e das bactérias.

Entretanto, a maior descoberta científica do século XVll aconteceu no ano de 1665, quando o cientista inglês Robert Hooke ao observar um pedaço de cortiça, relatou a descoberta da célula em seu livro intitulado micrographie.

Em 1883, o botânico escocês Robert Brown, descobriu o núcleo da célula e posteriormente outras estruturas foram sendo descritas, como a membrana plasmática e a parede celular das células vegetais.

A teoria celular, formulada entre os anos de 1838 e 1839, pelo botânico alemão Mathias Jacob Schleiden e o fisiologista também alemão Theodor Schwann, foi considerado um marco na biologia.

O microscópio possibilitou o estudo dos microrganismos, refutando de vez a teoria da abiogênese, permitindo conhecer, tanto os patogênicos quanto os considerados benéficos para os outros indivíduos, além dos que não beneficiam e nem prejudicam o hospedeiro.

Os seres que possuem células são os procariontes e os eucariontes. No grupo dos procariontes estão as bactérias, cianobactérias e arqueobactérias e os pertencentes aos eucariotos são os protozoários, fungos, vegetais e animais.

Os vírus também fazem parte do objeto de estudo da microbiologia, no entanto são acelulares e alguns cientistas não o consideram um ser vivo por não ter metabolismo próprio e precisarem da célula de um hospedeiro para se reproduzirem.

Metodologia utilizada: pesquisa bibliográfica por utilizar dados e informações de fontes secundárias.

Qualitativa por envolver análise dos fenômenos em busca de uma compreensão científica.

Quantitativa na comparação das variáveis e na mensurabilidade dos elementos envolvidos para obtenção da confiabilidade dos resultados.

Analítica por tentar explicar os fenômenos microbiológicos de forma contextualizada e dissertativa.

Abordagem descritiva por descrever as características do universo microscópico.

DESENVOLVIMENTO

A microbiologia e a citologia dependem de equipamentos que permitam a visualização dos microrganismos e das células, pois os mesmos são elementos minúsculos e sem o auxílio do microscópio não poderiam ser visualizados, já que a visão humana só consegue enxergar acima de 0,2 mm.

UM BREVE HISTÓRICO

A palavra óculos surgiu com o termo ocularium, na antiguidade clássica. O termo era utilizado para designar os orifícios das armaduras dos soldados da época, que serviam para permitir que os mesmos vissem.

As primeiras lentes corretivas surgiram no século l d.c, entretanto os primeiros óculos foram criados apenas em 1270, na Alemanha.

Foram as experiências em óptica de Robert Grosseteste e seu discípulo Roger Bacon que levaram a invenção dos óculos modernos.

Os óculos foram o precursor do microscópio e os fabricantes e comerciantes desse acessório ótico chamados Hans Janssem e seu filho Zacharias Janssem, descobriram no final do século XVl, no ano de 1591, que sobrepondo uma lente sobre outra conseguiriam ampliar a imagem, e dessa forma inventaram o microscópio.

Mesmo cientes da importância do equipamento que tinham inventado, os mesmos não faziam ideia da contribuição que seus experimentos significavam para a ciência, pois, somente no século seguinte com o neerlandês Antonie Von Leeuwenhoek, que viveu entre 1632 e 1723, utilizando um microscópio de fabricação própria, empregou-o de forma relevante para a ciência, descrevendo as leveduras como ser vivo e importante na fabricação de bebidas, sendo  que mais tarde também conseguiu visualizar as fibras musculares, os espermatozoides e as bactérias.

Entretanto, a descoberta científica de maior divulgação do século XVll, foi a visualização da célula em um pedaço de cortiça, feita no ano de 1665 e descrita pelo cientista Robert Hooke, que viveu entre os anos de 1635 e 1703, no qual o experimento foi relatado no livro micrographie.

Em 1833, o botânico escocês Robert Brown, que viveu entre os anos de 1773 e 1858, descobriu o núcleo da célula, posteriormente, outras estruturas foram sendo descritas, como a membrana plasmática e a parede celular da célula vegetal.

A teoria celular formulada pelo botânico alemão Mathias Jakob Schleiden e o fisiologista também alemão Theodor Schwann, entre os anos de 1838 e 1839, foi considerado um marco na biologia.

O microscópio possibilitou o estudo dos organismos, refutando de vez a teoria da abiogênese, permitindo conhecer e estudar os seres, antes invisíveis, causadores de diversas doenças.

A EVOLUÇÃO DO MICROSCÓPIO: a palavra microscópio significa micro (pequeno) e scópio (olhar).

Os microscópios podem ser simples ou compostos e o que distingue os microscópios é a ampliação e a resolução.

Para Junqueira e Carneiro (2013), o que se deseja em um microscópio é uma imagem aumentada e com muitos detalhes chamados de poder de resolução que no microscópio de luz é de aproximadamente 0,2 micrômetros, esta resolução torna possível a obtenção de boas imagens aumentadas de 1.000 a 1.500 vezes.

Microscópio de luz (óptico): a luz passa pela amostra e é desviada pelo sistema de lentes, permitindo ao observador ver uma imagem ampliada.

O microscópio óptico possui uma lente ocular de 10X, e 4 lentes objetivas que são de 4X resultando em um aumento de 40X, outra de 10X, resultando em aumento de 100X, outra lente de 40X, resultando em um aumento de 400X, e uma lente de 100X, resultando em um aumento de 1000X.

Microscopia de fluorescência: usada para gerar imagem de amostras que florescem, a luz de um determinado comprimento de onda é usada para excitar as moléculas fluorescentes e a luz de um outro comprimento de onda diferente emitida, ela é coletada e usada para formar a imagem.

Microscópio eletrônico: os microscópios eletrônicos podem ser de varredura (MEV) e de transmissão (MET).

Segundo Junqueira e Carneiro (2013), o microscópio eletrônico de transmissão possibilita resolução de 0,1 nanômetro na teoria, entretanto na prática, a resolução obtida pela maioria de bons instrumentos se situa em torno de 3 nanômetros.

Em 1931, o físico alemão Ernst Ruska, que viveu entre os anos de 1906 e 1988, apresentou o microscópio eletrônico com poder de resolução muito maior e podendo ampliar em até 500 mil vezes uma amostra. Ao contrário do microscópio óptico que usa luz, o microscópio eletrônico utiliza feixe de elétrons e lentes eletromagnéticas para observar o objeto. Com a invenção, Ruska ganhou o prêmio Nobel de física em 1986.

Em 1981, Gerd Binnig e Heinrich Rohrer inventaram o microscópio de tunelamento por varredura que fornece imagens tridimensionais de objetos ao nível atômico (amplia em 100 milhões de vezes).  

MICROBIOLOGIA

É o estudo dos microrganismos e de suas atividades. Estuda a forma, a estrutura, a reprodução, a fisiologia, o metabolismo e a identificação dos seres microscópicos.

De acordo com Carvalho (2010), os seres vivos são constituídos de unidades microscópicas chamadas de células, que formam em conjunto, estruturas organizadas.

Ainda segundo Carvalho (2010), baseado na maneira pela qual os organismos obtêm alimentos, Robert H. Whittaker classificou em 1969 os organismos vivos em 5 reinos: monera, protista, plantae, animália e fungi.

Forma de obtenção de alimentos:

1-Fotossíntese: processo pelo qual a luz fornece energia para converter o dióxido de carbono em água e açúcares.

2-Absorção: captação de nutrientes químicos dissolvidos na água.                   

3-Ingestão: entrada de partículas de alimentos não dissolvidos.

Nessa classificação os procariotos obtêm alimentos por absorção e constituem o reino monera.

Já o reino protista inclui os microrganismos eucarióticos unicelulares e representam os 3 tipos nutricionais: as algas são fotossintéticas; os protozoários podem ingerir o seu alimento e os fungos limosos absorvem os nutrientes.

No reino plantae as plantas são fotossintetizantes (fotossíntese), no reino animália os animais ingerem o alimento (ingestão) e no reino fungi, os fungos absorvem os alimentos (absorção).

Os principais representantes do grupo dos microrganismos são: os protozoários, os fungos, as bactérias e os vírus.

Protozoários: são microrganismos eucarióticos unicelulares. Como os animais, ingerem partículas alimentares. Não apresentam parede celular rígida e não contém clorofila. Movem-se através de cílios, flagelos ou pseudopodes. Estes microrganismos são estudados na ciência da parasitologia, são amplamente distribuídos na natureza, principalmente em ambientes aquáticos, muitos são nocivos aos humanos como a ameba e a giárdia.

Algas: são semelhantes as plantas por possuírem clorofila que participa do processo da fotossíntese e apresentam uma parede celular rígida. São eucariontes e podem ser unicelulares ou multicelulares com vários metros de comprimento. Podem ser nocivas por produzirem toxinas, obstruir caixa d’água ou crescerem em piscinas. Entretanto, algumas são usadas nas indústrias de alimentos, farmacêuticas, cosméticos e para uso em laboratório. As algas não são estudadas na microbiologia de alimentos.

Fungos: podem ser unicelulares ou multicelulares. São eucariotos e possuem parede celular rígida. Os fungos não ingerem alimentos e obtêm os nutrientes do ambiente através da absorção.

Bactérias: são procariontes, carecem de membrana nuclear e outras estruturas celulares organizadas, observadas em eucariotos.

Vírus: representam o limite entre as formas vivas e as sem vida. Não são células como as descritas anteriormente, contém somente um tipo de ácido nucléico, RNA ou DNA que é circundado por um envelope proteico ou capa.

Devido a ausência de componentes celulares necessários para o metabolismo ou reprodução independente, o vírus pode multiplicar-se somente dentro de células vivas e quando não encontra, permanece em estado de letargia denominado virion, por isso não são considerados seres vivos por não possuírem vida própria.      

2.4- CITOLOGIA: é o ramo da biologia que estuda as células. Células são as unidades estruturais e funcionais dos seres vivos. Estrutural por constituírem os tecidos e órgãos, e funcional pela capacidade de realizar funções como o metabolismo, produção de energia e reprodução.

As organelas celulares são órgãos que realizam as atividades celulares das células, são compostas por membranas e estão presentes no citoplasma, líquido viscoso presente no interior das células.

A célula é a unidade básica da vida e podem ser eucarionte (eu-verdadeiro ; karyon-núcleo) ou procarionte (pro-primeiro), unicelular ou pluricelular.

De acordo com Junqueira e Carneiro (2013), a diferença mais marcante entre as células procariontes e as eucariontes é a pobreza de membranas nas procariontes. O citoplasma das células procariontes não se apresenta sub-dividido em compartimentos, ao contrário do que ocorre nas células eucariontes, nas quais um extenso sistema de membranas cria, no citoplasma, microrregiões que contém moléculas diferentes e executam funções especializadas.

Células procariontes: tem como característica a ausência de carioteca, ou seja, um núcleo delimitado por uma membrana, sendo que o seu material genético fica disperso no citoplasma. Além disso, são desprovidos de quase todas as organelas presentes nas células eucariontes, seu tamanho é menor e seu material genético é espiralado.

Segundo Junqueira e Carneiro (2013), a célula procarionte mais bem estudada é a bactéria escherichia coli, que por sua simplicidade estrutural e rapidez de multiplicação, revelou-se excelente para estudos de biologia molecular.

Fazem parte deste grupo das bactérias, as cianofitas (algas cianofíceas, algas azuis e a cianobactéria) e as arqueas.

Células eucariontes: são mais complexas que as procariontes, além de possuírem membrana nuclear (carioteca), também apresentam diversas organelas que realizam atividades, como: produção de energia, reprodução e digestão, e podem ser animal ou vegetal.

As organelas da célula eucarionte e suas funções:

Mitocôndrias: são organelas compostas por membrana dupla, sendo que uma externa e outra interna que apresenta muitas dobras, chamadas cristas mitocondriais. As mitocôndrias tem a capacidade de se reproduzir por conter moléculas de DNA circular, igual as bactérias, sua função é realizar respiração celular, que produz a maior parte da energia utilizada nas funções vitais. A primeira etapa acontece no citosol da célula e as duas últimas: o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa, ocorrem na sua membrana interna.

Retículo endoplasmático: são organelas cujas membranas se dobram formando sacos achatados. Existem 2 tipos de retículo endoplasmático, o liso e o rugoso, esse último possui grânulos associados a sua membrana, os ribossomos, o que lhe confere aparência rugosa e por isso o nome, além disso sua membrana é contínua com a membrana externa do núcleo, facilitando a comunicação entre eles.

O retículo endoplasmático liso não tem ribossomos associados e por isso tem aparência lisa, é responsável pela produção de lipídios que irão compor as membranas celulares.

A função do retículo endoplasmático rugoso é realizar a síntese proteica, além de participar do seu dobramento e transporte até outras partes da célula.

Aparelho de Golgi: também conhecido como complexo de Golgi ou ainda complexo Golgiense, é composto por discos achatados empilhados, formando espécies de bolsas membranosas.

Suas funções são modificar, armazenar e exportar proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso. Algumas dessas proteínas são glicosiladas, ou seja, sofrem reação de adição de um açúcar no retículo, e no Golgi o processo é completado, caso contrário, essas proteínas podem se tornar inativas.

Além disso, o aparelho de Golgi produz vesículas que britam e se soltam, originando os lisossomos primários, no momento em que esses lisossomos primários se fundem aos endossomos, formam vacúolos digestórios ou lisossomos secundários.

Lisossomos: Os lisossomos são envolvidos apenas pela bicamada lipídica e no seu interior há enzimas digestivas, sua função é digerir moléculas orgânicas como lipídios, carboidratos, proteínas e ácidos nucléicos (DNA e RNA). Como as enzimas hidrolases (peptidases que digerem aminoácidos), nucleases (digerem ácidos nucléicos), lipases (digerem lipídios), entre outras, funcionam em ambiente ácido, a digestão ocorre dentro dos lisossomos para não prejudicar a célula. As moléculas a serem digeridas são englobadas por endocitose e entram na célula envolvidas em vesículas formadas a partir da membrana, chamados endossomos. Depois fundem-se com os lisossomos primários e são quebradas, originando partes menores como os ácidos graxos. Essas moléculas pequenas saem do lisossomo e são aproveitadas no citosol da célula.

Peroxissomos: são pequenas organelas membranosas, que contém no seu interior enzimas oxidases e estão presentes em células animais e vegetais. A principal função é oxidar os ácidos graxos para a síntese do colesterol e também para serem usados como matéria prima na respiração celular.

Estão presentes em grande quantidade nas células do rim e do fígado, onde neutralizam o efeito tóxico das substâncias como o álcool e também participam da produção de sais biliares. Nas reações de oxidação é produzido o peróxido de hidrogênio e por isso o nome da organela.

Vacúolos: os vacúolos são envolvidos por membranas e preenchidos com fluído diferente do citoplasma. São muito comuns nas células vegetais, nas quais tem a função de reserva de substâncias como a seiva e atuam no mecanismo de pressão osmótica conhecido como turgor, que regula a entrada de água e a rigidez dos tecidos vegetais tornando a planta ereta.

Em organismos procariotas também há vacúolos com função de armazenamento, ingestão, digestão e eliminação de substâncias.

Plastos: são organelas presente apenas em células vegetais e de algas. Podem ser de 3 tipos básicos: leucoplastos, cromoplastos e cloroplastos.

Todos se originaram a partir de pequenas vesículas presentes nas células embrionárias das plantas, os proplastos, que são incolores. Quando maduros adquirem cor de acordo com o tipo de pigmento que contém e são capazes de se autoduplicar, além de terem a capacidade de se transformarem um no outro.

Assim, por exemplo, um cromoplasto pode se tornar um cloroplasto ou um leucoplasto, ou vice-versa e suas funções são:

Leucoplastos: não tem cor, armazenam amido e estão presentes em alguns tipos de raízes e caules.

Cromoplastos: são responsáveis pela cor dos frutos, folhas, flores e também raízes como as cenouras. Existem os xantoplastos (amarelos) e os eritoplastos (vermelhos).

Cloroplastos: possuem cor verde por cauda da clorofila e são responsáveis pela fotossíntese. A forma e o tamanho dessas organelas variam conforme o tipo de célula e de organismo em que se encontram.

A membrana das organelas: as organelas são delimitadas por membranas internas que se assemelham a membrana externa, sendo compostas por uma bicamada lipídica, embora esta tenha composição e estrutura um pouco diferente (ambas são compostas de fosfolipídios, glicolipídios e colesterol, sendo que nas internas é bem menor a quantidade de colesterol, componente que regula a fluidez e estabilidade).

As membranas internas também regulam a entrada e saída das moléculas através de proteínas especiais que auxiliam a passagem, além disso, as moléculas também podem permitir a entrada de moléculas no seu interior usando os mecanismos de endocitose e exocitose.

As membranas internas também são importantes para individualizar as organelas, separando o conteúdo interno, uma vez que as enzimas de uma, poderia interferir com as reações das outras, o que em algumas poderia ser nocivo ou até letal, como no caso dos lisossomos (ambiente interno ácido) e dos peroxissomos (nas reações oxidativas gera o peróxido que é tóxico e precisa ser neutralizado por enzimas internas).

Núcleo: o núcleo é a maior organela existente em uma célula eucarionte, pois ele é responsável por guardar o material genético, o DNA do ser vivo, e comandar tudo que acontece dentro da célula.

Centríolos: são organelas formadas por microtubulos que ajudam os cromossomos a se separarem na hora da divisão celular (mitose e meiose). Eles estão presentes também em cílios e flagelos, auxiliando na locomoção de algumas células.

Citoesqueletos: é a estrutura responsável por sustentar e dar resistência a célula, além de auxiliar na movimentação celular por meio dos microfilamentos encontrados em sua estrutura. Nos movimentos intracelulares, o citoesqueleto auxilia no transporte das organelas dentro do citoplasma.

Ribossomos: são pequenas estruturas em forma de grânulos e são encontrados tanto em células eucariontes, quanto nas procariontes. A sua presença é muito importante, uma vez que ela atua no controle e regeneração das células, além de ligar aminoácidos para a síntese de proteínas.     

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com a invenção do microscópio o estudo dos microrganismos tornou-se possível, pois, com uma visão limitada o ser humano jamais conseguiria enxergar seres de nível micrômetro e até nanômetro.

Devido a sua relevância para a ciência, este equipamento figura como uma das maiores invenções na área da biomedicina, pois, o conhecimento adquirido sobre os vírus, as bactérias, os fungos e os protozoários, permitiram aos cientistas entenderem todo o processo de parasitismo e infecções.

A cura de diversas doenças só se tornou possível devido à compreensão sobre a morfologia e fisiologia desses microrganismos, além da observação desses parasitas em relação a seus hospedeiros.

Entretanto, esses microrganismos também podem ser benéficos, como os fungos que fermentam o pão e as bebidas alcoólicas, além de combater alguns tipos de bactéria, como a penicilina.

As bactérias também são utilizadas de forma útil para a medicina, através da tecnologia do DNA recombinante são produzidos insulina e hormônio do crescimento.

Porém, a maioria dos microrganismos que se hospedam em nossos corpos, não causam nenhum tipo de dano ao organismo, por isso, esse processo é conhecido como inquilinismo.

Portanto, as contribuições do microscópio para a ciência vão muito além de um equipamento auxiliar, pois sua importância está diretamente ligado a evolução da medicina, encontra-se presente em todos os laboratórios de pesquisa e nitidamente intrínseco no conhecimento morfológico e fisiológico de todos os seres vivos, tornando-se primordial na microbiologia celular e molecular.

REFERÊNCIAS

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