quinta-feira, 1 de abril de 2010

2º ANO - PRÓXIMO CONTEUDO: BACTÉRIAS

Bactérias (do grego bakteria, bastão) são organismos unicelulares, procariontes, que podem ser encontrados na forma isolada ou em colônias e pertencem ao Domínio homônimo Bacteria. São micro-organismos constituídos por uma célula, sem núcleo celular nem organelas membranares.


As bactérias são um dos organismos mais antigos, com evidência encontrada em rochas de 3,8 bilhões de anos.[1]

Segundo a Teoria da Endossimbiose, dois organelos celulares, as mitocôndrias e os cloroplastos teriam derivado de uma bactéria endossimbionte, provavelmente autotrófica, antepassada das atuais cianobactérias.

As bactérias são geralmente microscópicas ou submicroscópicas (detectáveis apenas ao microscópio electrónico). Suas dimensões variam de 0,5 a 5 micrómetros.[2] Excepções são as bactérias Epulopiscium fishelsoni isolada no tubo digestivo de um peixe, com um comprimento compreendido em 0,2 e 0,7 mm e Thiomargarita namibiensis, isolada de sedimentos oceânicos, que atinge até 0,75 mm de comprimento.

Bactérias são os organismos mais bem sucedidos do planeta em relação ao número de indivíduos. Inclusive, a quantidade de bactérias no trato intestinal de uma pessoa é superior ao número total de células humanas no corpo da mesma

Bacteria



Escherichia coli



As bactérias foram descobertas por Antoni van Leeuwenhoek em 1683. Leeuwenhoek era um negociante holandês que tinha como passatempo polir lentes e construir microscópios. Com um desses aparelhos ele observou resíduos retirados de seus próprios dentes e, para sua surpresa, viu seres minúsculos em forma de bastonetes. Ele também observou seres microscópicos semelhantes em muitos outros materiais (água parada, gota de água sobre plantas etc.). Em suas descrições, ele refere-se a esses seres microscópicos como "animálculos", que significa pequenos animais.

História da bacteriologia

Microbiologia



Bacillus anthracis, causador do antraz, ao microscópio electrónico

A palavra bacterium foi introduzida pelo microbiologista alemão C.G. Ehrenberg, em 1828, que a foi buscar à língua grega, na qual βακτηριον significa "pequeno bastão" (em alusão às bactérias com essa forma). Porém, esses seres microscópicos somente passaram a despertar o interesse dos cientistas no final do século XIX. Louis Pasteur e Robert Koch foram os primeiros cientistas a descrever o papel das bactérias como vectores de várias doenças. O médico alemão Robert Koch identificou em 1877 a bactéria causadora de uma doença do gado, o antraz[4]. Então, a noção de que as bactérias podiam causar doenças foi sendo lentamente aceita, com a demonstração da origem bacteriana de diversas doenças humanas, como a gonorréia, tifo, lepra etc. Hoje, sabe-se que apenas uma minoria de bactérias é patogênica[3].

Classificação taxonômica e filogenia





Arvóre filogenética da vida: arqueas, bactérias e eucariotas

A classificação das bactérias mudou radicalmente nos últimos anos, de forma a refletir o conhecimento atual sobre filogenia, como resultado dos recentes avanços na sequenciação dos genes, na bioinformática e na biologia computacional. Actualmente as bactérias compõem um dos três domínios do sistema de classificação cladístico.

A descoberta da estrutura celular procariótica, distinta de todos os outros organismos (os eucariontes), levou os procariontes a serem classificados como um grupo separado ao longo do desenvolvimento dos esquemas de classificação de seres vivos. As bactérias foram inicialmente classificadas entre as plantas por Lineu [2] e agrupadas com os fungos (na classe Schizomycetes) com exceção das cianobactérias que eram consideradas "algas azuis"; em 1866, Ernst Haeckel incluiu-as no reino Protista;[2] em 1969, foram incluídas entre os procariotas no reino Monera por Whittaker.[2] Em 1977, com o advento das técnicas moleculares, Carl Woese dividiu os procariotas em dois grupos, com base nas sequências "16S" do rRNA, que chamou de Eubacteria e Archaebacteria,[2] mais tarde, renomeados por ele próprio para Bacteria e Archaea.[5] Woese argumentou que estes dois grupos, em conjunto com os eucariotas, formam domínios separados com origem e evolução separadas a partir de um organismo primordial. Desta forma, as bactérias poderiam ser divididas em vários reinos, mas normalmente são tratadas como um único reino, dividido em filos ou divisões. São geralmente consideradas um grupo monofilético, mas esta noção tem sido contestada por alguns autores. Alguns cientistas, no entanto, consideram que as diferenças genéticas entre aqueles dois grupos procariotos não justificam a divisão e que tanto as arqueobactérias como os eucariontes provavelmente se originaram a partir de bactérias primitivas.

Vulgarmente, utiliza-se o termo "bactéria" para designar também as archaeas, que actualmente constituem um domínio separado. As cianobactérias (as "algas azuis") são consideradas dentro do domínio Bacteria.

Além da sequência do RNA ribossomal, arqueas e bactérias diferem, entre outras características, na constituição química da parede celular. As arqueias não apresentam, em sua parede celular, o peptidoglicano, constituinte típico das bactérias.

Morfologia



Morfologias bacterianas.

As bactérias classificam-se morfologicamente de acordo com a forma da célula e com o grau de agregação:

Quanto a forma

• Coco : De forma esférica ou subesférica.

• Bacilo : Em forma de bastonete (do género Bacillus)

• Vibrião : Em forma de vírgula (do género Vibrio)

• Espirilo : de forma espiral/ondulada (do género Spirillum)

• Espiroqueta : Em forma acentuada de espiral.

Quanto ao grau de agregação

Apenas os Bacilos e os cocos formam colônias.

• Diplococo : De forma esférica ou subesférica e agrupadas aos pares.

• Estreptococos : Formam cadeia semelhante a um "colar".

• Estafilococos : Uma forma desorganizada de agrupamento, formando cachos.

• Sarcina : De forma cúbica, formado por 4 ou 8 cocos simetricamente postos.

• Diplobacilos : Bacilos reunidos dois a dois.

• Estreptobacilos : Bacilos alinhados em cadeia.

Estrutura celular



Estruturas de uma célula bacteriana gram-positiva. Ver texto.

A célula bacteriana, por ser procariótica, não possui organelos membranares nem DNA organizado em verdadeiros cromossomas, como os das células eucariotas.

Estruturas da célula procariota:

1. Os pili são microfibrilas proteicas que se estendem da parede celular em muitas espécies Gram-negativas. Têm funções de ancoramento da bactéria ao seu meio e são importantes na patogénese. Um tipo especial de pilus é o pilus sexual, estrutura oca que serve para ligar duas bactérias, de modo a trocarem plasmídeos.

2. Os plasmídeos são pequenas moléculas de DNA circular que coexistem com o nucleóide. São comumente trocados na conjugação bacteriana. Os plasmídeos têm genes, incluindo frequentemente aqueles que protegem a célula contra os antibióticos.

3. Há cerca de 20 mil ribossomas em um citoplasma bacteriano. Os ribossomas procariotas são diferentes dos eucariotas e essas diferenças foram usadas para desenvolver antibióticos que só afectam os ribossomas bacterianos.

4. O citoplasma é preenchido pelo hialoplasma, um líquido com consistência de gel, semelhante ao dos eucariotas, com sais, glicose e outros açúcares, RNA, proteínas funcionais e várias outras moléculas orgânicas.

5. A membrana celular é uma dupla camada de fosfolípidos, com proteínas imersas.

6. A parede celular bacteriana é uma estrutura rígida que recobre a membrana citoplasmática e confere forma às bactérias. É uma estrutura complexa composta por peptidoglicanos - polímeros de carboidratos ligados a proteínas. É alvo de muitos antibióticos, incluindo a penicilina e seus derivados, que inibem as enzimas transpeptidase e carboxipeptidase, responsáveis pela síntese dos peptidoglicanos. Contém em espécies infecciosas a endotoxina lipopolissacarídeo (LPS).

7. Algumas espécies de bactérias têm uma camada de polissacarídeos que protege contra desidratação, fagocitose e ataque de bacteriófagos, chamada de cápsula.

8. O nucleóide consiste em uma única grande molécula de DNA com proteínas associadas, sem delimitação por membrana - portanto, não é um verdadeiro núcleo. O seu tamanho varia de espécie para espécie.

9. O flagelo é uma estrutura proteica que roda como uma hélice. Muitas espécies de bactérias movem-se com o auxílio de flagelos. Os flagelos bacterianos são completamente diferentes dos flagelos dos eucariotas.

Além dessas estruturas há também:

• Vacúolos bacterianos: não são verdadeiros vacúolos, já que não são delimitados por dupla membrana lipídica como os das plantas. São antes grânulos de substâncias de reserva, como açúcares complexos.

• Algumas bactérias podem enquistar, formando um esporo, com um invólucro de polissacáridos mais espesso e ficando em estado de vida latente enquanto as condições ambientais forem desfavoráveis.

Movimento



Os diferentes arranjos dos flagelos bacterianos flagelo, pilus

As bactérias móveis deslocam-se, quer através da utilização de flagelos, quer deslizando sobre superfícies, ou ainda por alterações da sua flutuabilidade. As espiroquetas constituem um grupo único de bactérias que possuem estruturas semelhantes a flagelos designadas por filamentos axiais ligadas a dois pontos da membrana celular no espaço periplasmático, além de terem uma forma helicoidal que gira no meio para se movimentar.

Os flagelos bacterianos encontram-se organizados de diferentes formas: algumas bactérias possuem um único flagelo polar (numa extremidade da célula), enquanto outras possuem grupos de flagelos, quer numa extremidade, quer em toda a superfície da parede celular (bactérias "peritricosas").

Metabolismo segundo fontes de energia e carbono

Fonte de carbono

De acordo com a fonte de átomos de carbono para a produção de suas moléculas orgânica, elas são classificadas em dois grandes grupos:

• Autotróficas : As bactérias autotróficas obtêm suas moléculas de carbono apenas de dióxido de carbono.

• Heterotróficas : São bactérias que obtêm seus átomos de carbono de moléculas orgânicas que captam do ambiente. Além do gás carbônico ela precisa de um carboidrato.

Fonte de energia

Bactérias podem utilizar como fonte de energia luz, substâncias inorgânicas ou orgânicas:[1]

• Luz: Como as bactérias que fazem fotossíntese ou fototróficas.

• Compostos químicos: Como as bactérias quimiotróficas.

o Composto inorgânico: litotróficas

o Composto orgânico: organotróficas

Classificação segundo o metabolismo

Se forem combinadas as classificações de fonte de energia e de fonte de átomos de carbono expostas acima, pode-se classificar as bactérias em quatro grandes grupos, quanto a suas necessidades nutricionais:

Fotoautotróficas

Bactérias fotoautotróficas são capazes de produzir elas mesmas as substâncias orgânicas que lhes servem de alimento, tendo como fonte de carbono o gás carbônico e como fonte de energia a luz.

• Cianobactérias: são fotolitoautotróficas e aparentemente foram as pioneiras no uso da água como fonte de elétrons. Incluiriam as proclorófitas (gêneros Prochloron, Prochlorothrix e Prochlorococcus), apesar de se distinguirem destas por apresentar apenas clorofila a, além de ficobilinas azul e vermelha. Esses pigmentos são responsáveis pelas diversas colorações, muitas vezes brilhantes, que essas bactérias apresentam.

• Sulfobactérias: realizam um tipo de fotossíntese em que a substância doadora de hidrogênio não é a água, mas compostos de enxofre, principalmente o gás sulfídrico (H2S). Por isso essas bactérias produzem enxofre elementar (S) como subproduto da fotossíntese, e não gás oxigênio, como na fotossíntese que utiliza H2O.

Fotoeterotróficas

As bactérias fotoeterotróficas utilizam luz como fonte de energia, mas não convertem exclusivamente o gás carbônico em moléculas orgânicas. Assim, elas utilizam compostos orgânicos que absorvem do meio externo, como alcoóis, ácidos graxos, glicídios etc, como fonte de carbono para a produção dos componentes orgânicos de sua célula. Essas células são bactérias anaeróbias e, como exemplo, pode-se citar as bactérias não-sulfurosas verdes como Chloroflexus spp., e as não-sulfurosas púrpuras, como Rhodopseudomonas spp.

Quimioautotróficas

As bactérias quimioautotróficas utilizam oxidações de compostos inorgânicos como fonte de energia para a síntese de substâncias orgânicas a partir de gás carbônico (CO2) e de átomo de hidrogênio (H) proveniente de substâncias diversas. As substâncias orgânicas produzidas são utilizadas como matéria-prima para a formação dos componentes celulares ou degradadas para liberar energia para o metabolismo.

Quimioeterotróficas

A maioria das espécies bacterianas apresenta nutrição quimioeterotrófica [3], ou seja, tanto a fonte de energia quanto a de átomos são moléculas orgânicas que a bactéria ingere como alimento. De acordo com a fonte das substâncias que lhe servem de alimento, as bactérias heterotróficas são classificadas em saprofágicas e parasitas. Exemplo: Clostridium.

• Saprofágicas: alimentam-se a partir de matéria orgânica sem vida, como cadáveres ou porções descartadas por outros seres vivos.

• Parasitas: alimentam-se a partir de tecidos corporais de seres vivos e podem ser patogênicas.

Identificação laboratorial



Placa de ágar com colônias de bactérias

1. Coleta de amostras: é a primeira etapa para o isolamento e identificação. Varia conforme a fonte da amostra ou habitat da bactéria. Uma coleta de amostra de um rio para análise de coliformes terá metodologia diferente daquela feita a partir dos tecidos ou secreções infectadas de um doente e assim por diante.

2. Cultivo: as amostras podem ser cultivadas em meios de enriquecimento ou não antes de serem transferidas para placas de Petri com o meio de cultura apropriado. Podem ser empregados meios de cultura seletivos para determinados grupos metabólicos de bactérias.

3. Identificação: vários métodos podem ser empregados para identificar espécies ou outros grupos bacterianos. Tais métodos muitas vezes são usados ao mesmo tempo e costumam ser empregados em colónias bacterianas previamente isoladas. O tipo de colônia já pode sugerir o organismo em questão: de uma forma geral, os bacilos gram negativos apresentam colônias brilhantes, úmidas ou cremosas; os estafilococos apresentam colônias médias opacas e os estreptococos colônias pequenas e opacas (podendo ser hemolíticas ou não, quando são cultivadas em ágar sangue de carneiro 5%).

o Técnicas de coloração: na técnica de Gram ou na técnica de Ziehl-Neelsen, colônias bacterianas são espalhadas numa lâmina, onde são fixadas e coloridas. Em seguida, as bactérias são observadas ao microscópio óptico e identificadas pela morfologia e coloração.

o Testes bioquímicos: diferentes meios seletivos e podem ser empregados para avaliar a capacidade de ou a diferença na metabolização de certas substâncias por bactérias. A sensibilidade a diversos fatores também pode ser avaliada, assim como teste de sensibilidade aos antibióticos.

o Análises moleculares como a reação em cadeia da polimerase também podem ser usadas para identificação bacteriana, mesmo sem isolamento de colônia.

Classificação Gram

Técnica de Gram

Muito usada para identificar bactérias, é feita com base em uma técnica de coloração desenvolvida pelo microbiologista dinamarquês Hans Christian Gram, a técnica de Gram; dividindo as bactérias em dois grupos [3]:

• Gram-positivas: bactérias que possuem parede celular com uma única e espessa camada de peptidoglicanos. Pelo emprego da coloração de Gram, tingem-se na cor púrpura ou azul quando fixadas com cristal violeta, porque retêm esse corante mesmo sendo expostas a álcool.[3]

• Gram-negativas: bactérias que possuem uma parede celular mais delgada e uma segunda membrana lipídica - distinta quimicamente da membrana plasmática - no exterior desta parede celular. No processo de coloração o lipídio dessa membrana mais externa é dissolvido pelo álcool e libera o primeiro corante: cristal violeta. Ao término da coloração, essa células são visualizadas com a tonalidade rosa-avermelhada do segundo corante, safranina que lhes confere apenas a coloração vermelha.[3]

Crescimento e reprodução

As bactérias podem se reproduzir com grande rapidez, dando origem a um número muito grande de descendentes em apenas algumas horas. A maioria delas reproduz-se assexuadamente, por cissiparidade, também chamada de divisão simples ou bipartição. Nesse caso, cada bactéria divide-se em duas outras bactérias geneticamente iguais, supondo-se que não ocorram mutações, isto é, alterações em seu material genético.

Em algumas espécies de bactérias pode ocorrer recombinação de material genético. É o caso da conjugação, como descrito abaixo.

Transferência de material genético

Plasmídeo



Plasmídeos e DNA bacteriano.

A maioria das bactérias possui uma única cadeia de DNA circular. As bactérias, por serem organismos assexuados, herdam cópias idênticas do genes de suas progenitoras (ou seja, elas são clonais).

Algumas bactérias também transferem material genético entre as células. A transferência de genes é particularmente importante na resistência à antibióticos. A resistência a antibióticos acontece devido à "colocação" de um plasmídio cuja expressão confere essa resistência ao antibiótico.

A maioria das bactérias não apresenta reprodução sexuada, mas podem ocorrer misturas de genes entre indivíduos diferentes, o que é chamado de recombinação genética. Esse processo leva à formação de novos indivíduos com características genéticas diferentes, resultando na mistura de material genético. Uma bactéria pode adquirir genes de outra bactéria e misturá-los aos seus de três maneiras diversas:

Transformação bacteriana

Ocorre pela absorção de moléculas ou fragmentos de moléculas de DNA que estejam dispostas no ambiente, proveniente de bactérias mortas e decompostas; a célula bacteriana transformada passa a apresentar novas características hereditárias, condicionadas pelo DNA incorporado. Este não precisa ser de bactérias da mesma espécie; em princípio, qualquer tipo de DNA pode ser capturado se as condições forem adequadas. Entretanto, um DNA capturado só será introduzido no cromossomo bacteriano se for semelhante ao DNA da bactéria receptora.

Transdução bacteriana

Consiste na transferência indireta de segmentos de moléculas de DNA de uma bactéria para outra. Isso ocorre porque, ao formarem-se no interior das células hospedeiras, os bacteriófagos podem eventualmente incorporar pedaços do DNA bacteriano. Depois de serem liberados, ao infectar outra bactéria, os bacteriófagos podem transmitir a ela os genes bacterianos que transportavam. A bactéria infectada eventualmente incorpora em seu cromossomo os genes recebidos do fago. Se este não destruir a bactéria, ela pode multiplicar-se e originar uma linhagem "transduzida" com novas características, adquiridas de outras bactérias via fago.

Conjugação bacteriana

Consiste na transferência de DNA diretamente de uma bactéria doadora para uma receptora através de um tubo de proteína denominado pêlo sexual ou pilus, que conecta o citoplasma de duas bactérias. Os pili estão presentes apenas em bactérias F+, ou seja, bactérias portadoras de um plasmídio denominado F (de fertilidade), e essas são as doadoras de DNA. As que não possuem o plasmídio F atuam como receptoras, sendo chamadas de F-. O DNA transferido neste processo é quase sempre o plasmídio F e algumas vezes, um pequeno pedaço de DNA cromossômico une-se ao plasmídio e é transferido junto com ele. Na bactéria receptora pode ocorrer recombinação genética entre o cromossomo e o fragmento de DNA unido ao plasmídio F recebido. Assim, a conjugação possibilita o aumento da variabilidade genética na população bacteriana.

Importância das bactérias

Os vários tipos de bactérias podem ser prejudiciais ou úteis para o meio ambiente e para os seres vivos. Com técnicas da biotecnologia já foram desenvolvidas bactérias capazes de produzir drogas terapêuticas, como a insulina.

Na indústria de alimentos

Existem várias espécies de bactérias usadas na preparação de comidas ou bebidas fermentadas, incluindo as láticas para queijos, iogurte, vinho, salsicha, frios,[6] pickles, chucrute (sauerkraut em alemão), azeitona,[7] molho de soja, leite fermentado e as acéticas utilizadas para produzir vinagres.[8]

Na saúde humana





Staphylococcus aureus: Cocos gram-positivos de importância médica.

O papel das bactérias na saúde, como agentes infecciosos, é bem conhecido: o tétano, a febre tifóide, a pneumonia, a sífilis, a cólera e tuberculose são apenas alguns exemplos. O modo de infecção inclui o contacto directo com material infectado, pelo ar, comida, água e por insectos. A maior parte das infecções pode ser tratada com antibióticos e as medidas anti-sépticas podem evitar muitas infecções bacterianas, por exemplo, fervendo a água antes de tomar, lavar alimentos frescos ou passar álcool numa ferida. A esterilização dos instrumentos cirúrgicos ou dentários é feita para os livrar de qualquer agente patogénico.

No entanto, muitas bactérias são simbiontes do organismo humano e de outros animais como, por exemplo, as que vivem no intestino ajudando na digestão e evitando a proliferação de micróbios patogénicos.

Na ecologia

No solo existem muitos microorganismos que trabalham na transformação dos compostos de nitrogénio em formas que possam ser utilizadas pelas plantas e muitos são bactérias que vivem na rizosfera (a zona que inclui a superfície da raiz e o solo que a ela adere). Algumas destas bactérias – as nitrobactérias - podem usar o nitrogénio do ar e convertê-lo em compostos úteis para as plantas, um processo denominado fixação do nitrogénio. A capacidade das bactérias para degradar uma grande variedade de compostos orgânicos é muito importante e existem grupos especializados de micro-organismos que trabalham na mineralização de classes específicas de compostos como, por exemplo, a decomposição da celulose, que é um dos mais abundantes constituintes das plantas. Nas plantas, as bactérias podem também causar doenças.

As bactérias decompositoras atuam na decomposição do lixo, sendo essenciais para tal tarefa. Também podem ser utilizadas para biorremediação atuando na biodegradação de lixos tóxicos, incluindo derrames de hidrocarbonetos.

Na indústria farmacêutica: produção de hormônio

Em 1977, obteve pela primeira vez a síntese de uma proteína humana por uma bactéria transformada. Um segmento de DNA com 60 pares de nucleotídeos, contendo o código para síntese de somatostatina (um hormônio composto de 14 aminoácidos) foi ligado a um plasmídio e introduzido em uma bactéria, a partir da qual foram obtidos clones capazes de produzir somatostatina.

A insulina foi a primeira proteína humana produzida por engenharia genética em células de bactérias e aprovada para uso em pessoas. Até então, a fonte desse hormônio para tratamento de diabéticos eram os pâncreas de bois e porcos, obtidos em matadouros. Apesar de a insulina desses animais ser muito semelhante à humana, ela causa problemas alérgicos em algumas pessoas diabéticas que utilizavam o medicamento. A insulina produzida em bactérias transformadas, por outro lado, é idêntica à do pâncreas humano e não causa alergia, devendo substituir definitivamente a insulina animal.

O hormônio do crescimento, a somatotrofina, foi produzido pela primeira vez em bactérias em 1979, mas a versão comercial só foi liberada em 1985, após ter sido submetida a inúmeros testes que mostraram sua eficiência. O hormônio de crescimento é produzido pela hipófise, na sua ausência ou em quantidades muito baixa, a criança não se desenvolve adequadamente. Até pouco tempo atrás, a única opção para crianças que nasciam com deficiência hipofisária somatotrofina era tratamento com hormônio extraído de cadáveres. Agora esse hormônio é produzido por técnicas de engenharia genética.

2º ANO - SISTEMATICA E VIRUS

A sistemática é a ciência dedicada a inventariar e descrever a biodiversidade e compreender as relações filogenéticas entre os organismos. Inclui a taxonomia (ciência da descoberta, descrição e classificação das espécies e grupo de espécies, com suas normas e princípios) e também a filogenia (relações evolutivas entre os organismos). Em geral, diz-se que compreende a classificação dos diversos organismos vivos. Em biologia, os sistematas são os cientistas que classificam as espécies em outros táxons a fim de definir o modo como eles se relacionam evolutivamente.


O objetivo da classificação dos seres vivos, chamada taxonomia, foi inicialmente o de organizar as plantas e animais conhecidos em categorias que pudessem ser referidas. Posteriormente a classificação passou a respeitar as relações evolutivas entre organismos, organização mais natural do que a baseada apenas em características externas. Para isso se utilizam também características ecológicas, fisiológicas, e todas as outras que estiverem disponíveis para os táxons em questão. É a esse conjunto de investigações a respeito dos táxons que se dá o nome de Sistemática. Nos últimos anos têm sido tentadas classificações baseadas na semelhança entre genomas, com grandes avanços em algumas áreas, especialmente quando se juntam a essas informações aquelas oriundas dos outros campos da Biologia.

A classificação dos seres vivos é parte da sistemática, ciência que estuda as relações entre organismos, e que inclui a coleta, preservação e estudo de espécimes, e a análise dos dados vindos de várias áreas de pesquisa biológica. Nomenclatura é a atribuição de nomes (nome científico) a organismos e às categorias nas quais são classificados.

O nome científico é aceito em todas as línguas, e cada nome aplica-se apenas a uma espécie

Reinos

Tradicionalmente os seres vivos eram divididos em dois reinos: Plantas e Animais. Como muitos seres simples não cabem nesta divisão, em 1866 Ernst Heinrich Haeckel propôs a categoria Protista, incluindo algas, fungos, protozoários e bactérias, No século XX a classificação mais aceite passou a ter cinco reinos: Protista (protozoários e algumas algas), Monera (bactérias procariontes, e cianobactérias ou algas azuis), Fungi, Plantæ e Animalia.

Recentemente a análise genética levou a propor o grupo Archaea para as Archaebactérias, e mais dois grupos: as outras bactérias e os eucariontes (organismos que têm núcleo celular: fungos, plantas e animais).

No entanto, estudos recentes (Cavalier-Smith 1998, 2004) passaram a aceitar o sistema de seis reinos (Monera, Protista, Animalia, Fungi, Plantae e Chromista). O reino Chromista engloba alguns grupos de algas como as Phaeophyta, Chrysophyta e Bacillariophyta (Diatomáceas) que possuem cloroplasto com 4 membranas, localizado no lumem do retículo endoplasmático rugoso e originado de uma simbiose secundária

Categorias

Os reinos são divididos num sistema hierárquico de categorias chamadas taxa (plural de taxon). Cada taxon inclui os que o sucedem. Tradicionalmente são eles:

• Reino

• Filo (ou divisão, em botânica)

• Classe

• Ordem

• Família

• Género

• Espéc

VÍRUS (Estrutura e Reprodução)



Classificação dos seres vivos:

Existem vários critérios: reconhecimento, presença de célula, evolução celular, número de células, síntese de nutrientes, reinos etc.



Presença celular:

Basicamente existem dois tipos de organismos: acelulares ecelulares.

a) Organismos acelulares: São aqueles que apresentam

ausência de células. Como é o caso dos vírus, viróides, virusóides e príons.

b) Organismos celulares: São aqueles que são formados porcélulas.



Evolução celular:

O critério de classificação é: baseado na presença ou ausência da carioteca (membrana que envolve o núcleo celular). Os principais grupos são: procariontes (procariotos) e eucariontes (eucariotos).

a) Procarionte:

Ausência de carioteca, citoplasma pobre em organóides (único organóide é o ribossomo): presente exclusivamente no reino monera.

b) Eucarionte:

Presença da membrana nuclear ou carioteca e citoplasma rico em organóides: presente nos demais reinos da natureza, exceto nos moneras.



Teoria de Robertson:

É a teoria que explica a evolução dos sistemas celulares: As células atuais evoluíram de uma primitiva a partir de um mecanismo de invaginação e evaginação da membrana plasmática Todos os grupos celulares surgiram de um grupo ancestral: Os procariontes primitivos originaram os procariontes atuais e os eucariontes.



Importante:

Esse é um fenômeno evolutivo, provavelmente envolveu uma irradiação adaptativa: Os organismos têm mesma origem, porém, ao final do processo evolutivo adquirem funções e especializações diferentes.



Características Fundamentais dos seres vivos:

Existem vários critérios de reconhecimento: Basicamente interessam três: Capacidade de reprodução, metabolismo e mutação.



a) Reprodução:

É o mecanismo de perpetuação das espécies: independente do organismo, celular ou acelular, eles

precisam se reproduzir para se manterem vivos.

b) Metabolismo:

É o mecanismo de organização e desorganização de substâncias no interior do organismo: envolve basicamente dois fenômenos: anabolismo e catabolismo.

Macromolécula Micromolécula

Proteínas Aminoácidos

Ácidos Nucléicos Nucleotídeos

Polissacarídeos Monossacarídeos

Lipídeos Álcool lipídico +

ácido graxo

Anabolismo:

É um fenômeno bioquímico de construção molecular, onde pequenas moléculas se reúnem para formar grandes moléculas.

Catabolismo:

É o fenômeno inverso do anabolismo, nesse caso ocorrerá degradação de grandes moléculas em moléculas menores.

c) Mutação:

É um fenômeno casual de aprimoramento das espécies: esse mecanismo pode acontecer tanto na estrutura do gene (“fragmento do cromossomo”) como em todo o cromossomo. É importante notar, que as mutações só atingem as próximas gerações quando se instalam em células da linhagem germinativa (sexuais).



Síntese de nutrientes: O critério de

classificação é: baseado na capacidade que o ser vivo tem em produzir ou não seus próprios nutrientes. Os principais grupos são: autótrofos (sintetizam) e heterótrofos (não sintetizam).

a) Autótrofos: São organismos que sintetizam seus próprios nutrientes: realizam essa produção a partir de dois fenômenos: fotossíntese ou quimiossíntese.

b) Heterótrofos: São organismos que não sintetizam seus próprios nutrientes: necessitam da nutrição diária para repor suas energias para as atividades diárias.

Hábito nutricional: O critério de classificação é: baseado no tipo de alimento que o organismo heterótrofo consome. Os principais grupos são: carnívoros (carne), herbívoros (vegetais) e onívoros

(carne e vegetais).



Fotossíntese: É um mecanismo de transformação de matéria inorgânica pobre em energia em matéria orgânica rica em energia: sendo que o agente transformador é a luz (energia luminosa) e o pigmento clorofila. Fenômeno presente: bactérias, algas e vegetais.



Quimiossíntese:

É um mecanismo de transformação de matéria inorgânica pobre em energia em matéria orgânica rica em

energia: sendo que o agente transformador é a energia liberada de uma reação de queima (oxidação), sem a presença de pigmentos.

Fenômeno presente: bactérias.





QUESTÕES PARA DISCUSSÃO



1. Sobre a teoria viral, assinale o que for correto.

a) O vírus é considerado um ser vivo por apresentar organização celular

b) O envoltório que rodeia o material hereditário do vírus não é constituído de proteínas

c) Os vírus não dependem de outro ser vivo para a sua reprodução

d) Os vírus apresentam como material genético somente DNA

e) Varíola, sarampo, raiva, febre amarela, poliomielite, dengue e gripe são algumas das doenças causadas por vírus



2. Associando os reinos de seres vivos abaixo assinalados com suas principais características:



1. Monera ( ) Inclui os protozoários, seres eucarióticos, unicelulares e heterotróficos, e as algas seres eucarióticos, unicelulares ou multicelulares, e autotróficos fotossintetizantes.

2. Plantae ( ) seres eucarióticos, unicelulares ou multicelulares, que se assemelham as algas na organização e na reprodução, mas que diferem delas por serem heterotróficos

3. Fungi ( ) Seres eucarióticos multicelulares e heterotróficos



4. Animália ( ) Reúne as plantas, seres eucarióticos, multicelulares e autotrófico fotossintetizante



5. Protista ( ) Reúne os seres procarióticos, cuja principal característica é possuírem células sem separação física entre o material nuclear e o citoplasma.



A seqüência correta encontrada, de cima para baixo, é:



a) 3,1,2,4,5 b) 4,1,3,2,5 c) 3,5,2,4,1 d) 5,3,4,2,1 e) 5,4,3,2,1



3.(FATC/SP) As categorias taxonômicas em zoologia são ordenadas, no sentido da especialização, da seguinte forma:

a) espécie, gênero, ordem, família, classe e filo

b) filo, classe, família, ordem, gênero e espécie

c) filo, ordem, classe, família, gênero e espécie

d) filo, classe, ordem, família, gênero e espécie

e) espécie, gênero, família, ordem, classe e filo



4. (U.Mackenzie/SP). A frase “Conjunto de organismos possuindo caracteres idênticos ou pouco diferentes e reproduzindo-se exclusivamente entre si” servirá para definir:



a) gênero

b) subfamília

c) subgênero

d) espécie

e) ordem



5. (UFRN) A célula funciona como a “unidade mínima vital”; entretanto, encontram-se, na natureza, seres extremamente simples, constituídos, fundamentalmente, por uma molécula de ácido nucléico (DNA ou RNA) envolto por uma cápsula de proteína. Esses seres, necessariamente, precisam estar dentro de uma célula viva para se reproduzirem, confirmando que a atividade essencial à vida ocorre dentro da célula.

Os seres acima descritos são, portanto, parasitas obrigatórios, podem provocar a lise da célula hospedeira e causar doenças de difícil tratamento e controle em vegetais e animais. Por suas características peculiares, constituem um grupo à parte, sendo identificado como:



a) procariontes b) eucariontes c) bolores d) protozoários e) vírus

6. (UFMG/MG) O nome científico do grande gorila africano é Gorilla gorilla beringei. As palavras Gorilla e beringei são referentes, respectivamente, a:



a) gênero e espécie

b) gênero e subespécie

c) ordem e espécie

d) gênero e subgênero

e) gênero e classe



7. O nome cientifico do leão é Felis leo, do gato é Felis domesticus. Os dois pertencem a diferentes:



a) filos

b) famílias

c) ordens

d) espécies

e) reinos



8. Com base nas regras de nomenclatura, indique a alternativa incorreta:



a) Homo sapines

b) Trypanosoma Cruzi

c) Rana marmorata

d) Rhea amercana

e) Anopheles darlingi



9. Sistemática é o ramo da biologia que estuda a diversidade biologia. Diante dessa definição e considerando os aspectos de evolução da vida qual a significação para evolução biológica?









10. “A família Canidae engloba cerca de 34 espécies; uma delas é a do lobo, Canis lupo”. No trecho citado anteriormente, o nome cientifico do lobo, está escrito:



a) corretamente, porque no trecho onde ocorre a classificação deve ser destacada somente por meio de itálico ( letra inclinada)

b) incorretamente, porque deveria estar sublinhada e não escrito em itálico ( letra inclinada ).

c) Incorretamente, porque, além de estar destacado no trecho, o nome do gênero deve ter inicial minúscula

d) Incorretamente, porque alem de estar destacado no trecho, gênero e espécie devem ter inicial maiúscula

e) Corretamente, porque no sistema de classificação gênero deve ter inicial maiúscula e espécie inicial minúscula, como também, deve estar destacado por meio de sublinhado ou itálico (letra inclinada)

PRÓXIMO CONTEÚDO: 2ª LEI DE MENDEL

2ª LEI DE MENDEL – LEI DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE DOS GENES NÃO-ALELOS – LEI DA HERANÇA OU LEI DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENETE

Mendel em seus experimentos também cruzou plantas que diferiam em relação a dois pares de alelos. Neste cruzamento, que objetivava esclarecer a relação de diferentes pares de alelos, ele cruzou plantas que possuíam sementes amarelas e lisas com plantas que possuíam sementes verdes e rugosas. A progênie F1 resultante entre o cruzamento dos progenitores homozigota é formada por híbridos(heterozigotos) para dois pares de genes. A progênie F1 (GgWw) é formada por diíbridos e, por extensão, o cruzamento GGWW x ggww é um cruzamento diíbrido. Sabia-se, graças à experiências anteriores, que os alelos que determinavam sementes amarelas e lisas eram dominantes e sobre seus respectivos alelos, que produziam sementes verdes e rugosas. Assim, considerando dois deles tinham-se as informações:

Caráter cor dos cotilédones

Já tinha sido observado que o padrão amarelo (V_) apresentava dominância sobre o padrão verde (vv)

Caráter aspecto da casca da semente

Neste caso, já se observa que o padrão de casca lisa (R_) era dominante sobre o tipo casca rugosa ( rr)

O estudo

Os cruzamentos foram realizados no mesmo esquema da elaboração da primeira lei. A geração parental(P) utilizava duas plantas homozigóticas para as características estudadas, assim uma duplo-dominante (AA) era cruzada com um duplo-recessiva (aa). Desse cruzamento surgiu um híbrido heterozigótico (Aa). Mendel selecionou dois caracteres das sete estudadas na primeira lei para comparação, ervilhas amarelas(AA) e lisas(BB)(duplo-dominante) e ervilhas verdes(aa) e rugosas(bb)(duplo-recessiva).No primeiro cruzamento (F1) todas as ervilhas obtidas eram amarelas(Aa) e lisas(Bb). Na segunda geração(F2) foram obtidas ervilhas amarelas(A_) e lisas(B_), amarelas(A_) e rugosas(bb),verdes(aa) e lisas(B_) e verdes(aa)e rugosas(bb), Na proporção, respectivamente, 9:3:3:1 (P)AA/aa + BB/bb (F1)AAxaa=Aa BBxbb=Bb (F2)AaxAa=AA/Aa/Aa/aa BbxBb=BB/Bb/Bb/bb

Cruzamentos possíveis de todos os gametas obtidos

Gametas AB Ab aB ab

AB AABB AABb AaBB AaBb

Ab AABb AAbb AaBb Aabb

aB AaBB AaBb aaBB aaBb

ab AaBb Aabb aaBb aabb

A_: Dominante(cor Amarela). B_: Dominante(forma Lisa). aa: Recessivo(cor Verde). bb: Recessivo(forma Rugosa).

Obs.: Foram obtidos dezesseis resultados entre os cruzamentos dos possíveis tipos de cromossomos. Obs.2: A proporção obtida na experiencia decorre da soma do número de ocorrencias. Exemplo: Amarela e Lisa(A_B_): 1/16x9= 9/16.

Assim na geração F2 constata-se a existência de quatro fenótipos distintos, sendo dois idênticos da geração parental e dois novos(A_bb e aaB_). Todos os resultados confirmaram que os genes de cada carácter passavam de forma independente dos demais, ou seja, o fenótipo dominante - amarelo - não era transmitido obrigatoriamente com o fenótipo dominante - liso, o mesmo ocorreu com a transmissão dos fenótipos recessivos - verde e rugoso - para os descendentes.

Conclusão

A segunda Lei de Mendel também denominada de lei da segregação independente foi criada por Gregor Mendel diz que, as diferenças de uma característica são herdadas independentemente das diferenças em outras características.

AS LEI DE MENDEL

AS LEIS DE MENDEL


Utilizando ervilhas, Mendel elaborou uma série de experimentos. Os resultados deste serviram para a elaboração das suas leis relacionadas à genética.

1ª Lei de Mendel: Lei da Segregação ou lei fundamental da genética - Vamos chamar de linhagem os descendentes de um ancestral comum. Mendel observou que as diferentes linhagens, para os diferentes caracteres escolhidos, eram sempre puras, isto é, não apresentavam variações ao longo das gerações. Por exemplo, a linhagem que apresentava sementes da cor amarela produziam descendentes que apresentavam exclusivamente a semente amarela. O mesmo caso ocorre com as ervilhas com sementes verdes. Essas duas linhagens eram, assim, linhagens puras. Mendel resolveu então estudar esse caso em especifico.

A flor de ervilha é uma flor típica da família das Leguminosae. Apresenta cinco pétalas, duas das quais estão opostas formando a carena, em cujo interior ficam os órgãos reprodutores masculinos e femininos. Por isso, nessa família, a norma é haver autofecundação; ou seja, o grão de pólen da antera de uma flor cair no pistilo da própria flor, não ocorrendo fecundação cruzada. Logo para cruzar uma linhagem com a outra era necessário evitar a autofecundação.

Mendel escolheu alguns pés de ervilha de semente amarela e outros de semente verde, emasculou as flores ainda jovens, ainda não-maduras. Para isso, retirou das flores as anteras imaturas, tornando-as, desse modo, completamente femininas. Depois de algum tempo, quando as flores se desenvolveram e estavam maduras, polinizou as flores de ervilha amarela com o pólen das flores de ervilha verde, e vice-versa. Essas plantas constituem portanto as linhagens parentais. Os descendentes desses cruzamentos constituem a primeira geração em estudo designada por geração F¹, assim como as seguintes são designadas por F², F³, etc.

Resultados em F¹

Todas as sementes obtidas em F¹, foram verdes, portanto iguais a um dos pais.

Uma vez que todas as sementes eram iguais, Mendel plantou-as e deixou que as plantas quando florescessem, autofecundassem-se, produzindo assim a geração F².

Resultados em F²

As sementes obtidas na geração F² foram verdes e amarelas, na proporção de 3 para 1, sempre 3 verdes para 1 amarelo. Inclusive na análise de dois caráteres simultaneamente, Mendel sempre caía na proporção final de 3:1.

Interpretação dos resultados

Para explicar a ocorrência de somente sementes verdes em F¹ os dois tipos em F², Mendel começou admitindo a existência de fatores que passassem dos pais para os filhos por meio dos gametas. Cada fator seria responsável pelo aparecimento de um caráter.

Assim, existiria um fator que condiciona o caráter amarelo e que podemos representar por a (minúsculo), e um fator que condiciona o caráter verde e que podemos representar por A (maiúsculo). Quando a ervilha amarela pura é cruzada com uma ervilha verde pura, o híbrido F¹ recebe o fator A e o fator a, sendo portanto, portador de ambos os fatores. As ervilhas obtidas em F¹ eram todas verdes, isso quer dizer que, embora tendo o fator a (minúsculo), esse não se manifestou, sendo assim o único que se manifestava sendo o A (maiúsculo). Mendel chamou de "dominante" (A) o fator que se manifesta em F¹, e de "recessivo" (a) o que não se manifestava. Utiliza-se sempre a letra do caráter recessivo para representar ambos os caráteres, sendo maiúscula a letra do dominante e minúscula a do recessivo.

Continuando a análise, Mendel contou em F², o número de indivíduos com caráter recessivo, e verificou que eles ocorrem sempre na proporção de 3 dominantes para 1 recessivo.

Mendel chegou a conclusão que o fator para amarelo só se manifesta em individuos puros, ou seja com ambos os fatores iguais à a (minúsculo). Em F¹ as plantas possuíam tanto os fatores A quanto o fator a sendo, assim, necessariamente verdes. Podemos representar os indivíduos da geração F¹ como Aa (heterozigoto e, naturalmente, dominante). Logo para poder formar indivíduos aa (homozigotos recessivos) na geração F² os gametas formados na fecundação só poderiam ser aa.

Esse fato não seria possível se a geração desse origem a gametas com fatores iguais aos deles (Aa). Isso só seria possível se ao ocorrer a fecundação houvesse uma segregação dos fatores A e a presentes na geração F¹, esse fatores seriam misturados entre os fatores A e a provenientes do pai e os fatores A e a provenientes da mãe. Os possíveis resultados sendo: AA, Aa, aA (a letra que representa o dominante deve vir sempre a frente da letra que representa o recessivo, asim ficaria Aa) e aa.

Esse fato foi posteriormente explicado pela meiose, que ocorre durante a formação dos gametas. Mendel havia criado então sua teoria sobre a hereditariedade e da segregação dos fatores.

Mecanismos hereditários não previstos por Mendel

• Co-dominância

• Alelos múltiplos

• Genes Letais

Importância dos estudos de Mendel

Embora as conclusões de Mendel tenham se baseado em trabalhos com uma única espécie de planta, os princípios enunciados nas duas leis aplicam-se a todos os organismos de reprodução sexuada. Pode-se tomar como exemplo um caso de herança animal.

Cobaias pretas homozigotas cruzadas com cobaias brancas homozigotas originarão descendentes pretos heterozigotos, que cruzados entre si, originarão cobaias pretas e brancas na proporção 3:1.

Mendel criou a base da genética moderna. Embora seus estudos tenham permanecidos obscuros até o século XX eles influenciaram a biologia como um todo dando origem a todos os estudos posteriores sobre hereditariedade e genética.

1ª LEI DE MENDEL

GENÉTICA 3º ANO


Pai da Genética: Gregor Mendel ou Johann Mendel?

Ele foi batizado com o nome de Johann Mendel, e passou a ser chamado de Gregor Mendel após ingressar com 21 anos de idade para a ordem religiosa dos Agostinho, sendo ordenado sacerdotes no ano de 1847.



Conhecendo Mendel

• Nome de Batismo: Johann Mendel

• Nome de sacerdote: Gregor Mendel

• Data de Nascimento: 20 de julho de 1822

• Local de nascimento: Heizendorf ( atual Hyncice ), região de Troppau, na Silésia, que então pertence à Áustria ( Atual República Checa )

• Formação- sacerdote, Filósofo, Matemático e Biólogo ( Cientista Natural)

• Data do óbito: 6 de janeiro de 1884, em Brunn ( atual Brno)

quarta-feira, 31 de março de 2010

A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

Introdução

Por volta de 2.450 de anos atrás ( 450 anos a. C. ), o Homem já começava a tentar explicar a constituição da matéria. Essa tentativa era realizada pelos filósofos da Antigüidade, que usavam apenas o pensamento filosófico para fundamentar seus modelos e não utilizavam métodos experimentais para tentar explicá-los.

A evolução dos modelos atômicos se deu por alguns postulados ( filósofos da Antigüidade ), que vigoravam até um certo tempo, pois eram "quebrados" ( substituídos ) por modelos baseados em métodos experimentais, que eram mais aceitos, e ainda, estes também eram substituídos por outros modelos mais aceitos. Em outras palavras e generalizando, toda teoria tem o seu período de desenvolvimento gradativo, após o qual poderá sofrer rápido declínio. Quase todo avanço da ciência surge de uma crise da velha teoria, através de um esforço para encontrar uma saída das dificuldades criadas.

Hoje, o modelo atômico que "está em vigor" é o Modelo da Mecânica Quântica ou da Mecânica Ondulatória (Modelo Orbital), o qual será visto adiante.


De Leucipo ( 450 a. C. ) a Dalton ( 1.808 d. C. )

Leucipo afirmou, por volta de 450 a.C., que a matéria podia ser dividida em partículas cada vez menores, até chegar-se a um limite.

Demócrito viveu por volta de 470 a. C. a 380 a. C. e era discípulo de Leucipo. Utilizando-se também do pensamento filosófico, defendeu a idéia do mestre, a idéia de que a matéria era descontínua, ou seja, a matéria era formada por minúsculas partículas indivisíveis. Ele afirmava então que, a menor partícula que compunha qualquer tipo de matéria era indivisível. A essa menor partícula, Demócrito denominou átomo ( a palavra átomo significa, em grego, indivisível ). Demócrito postulou que qualquer matéria é resultado da combinação de átomos de quatro elementos: água, terra, fogo e ar. Segundo Demócrito: "as únicas coisas que existem são os átomos e os espaços entre eles, tudo o mais é mera opinião".

As idéias de Demócrito, para alguns filósofos, eram um absurdo, "pois como iria existir algo indivisível?". Porém, para alguns, suas idéias faziam sentido. Houve muitos seguidores da idéia da "partícula indivisível", mas para a maioria isso era um absurdo. Um dos filósofos que rejeitou o modelo de Demócrito foi Aristóteles, um dos maiores pensadores filosóficos de todos os tempos. Aristóteles afirmava que a matéria era contínua, ou seja, a matéria vista como um "todo inteiro", não sendo constituída por partículas indivisíveis.

Enfim, o modelo aceito pela maioria até o final do século 16 não foi o de Demócrito e Leucipo, mas sim o de Aristóteles, o modelo da matéria contínua.

No século 17, experiências demonstraram que o comportamento das substâncias era inconsistente com a idéia de matéria contínua e o modelo de Aristóteles desmoronou .

No final do século 18, Lavoisier e Proust iniciaram experiências relacionando entre si as massas das substâncias participantes das reações químicas. Surgiram então as leis ponderais das reações químicas ( leis formuladas por Lavoisier, Proust, Dalton e Richter ).

Para explicar essas leis, em 1.808, Dalton propôs a sua teoria e o seu modelo atômico: o átomo é uma minúscula partícula ( esfera ) maciça, indestrutível, impenetrável e indivisível. Para ele todos os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos, mas esses são diferentes dos átomos dos outros elementos químicos. Seu modelo atômico também é conhecido como modelo da bola de bilhar.

Analisando o modelo de Dalton hoje, nota-se um equívoco, pois, como já mencionado, para Dalton todos os átomos de um elemento são idênticos, ou seja, os átomos de um mesmo elemento químico possuem iguais entre si até as suas próprias massas, o que não é verdade, por que hoje sabe-se da existência dos isótopos. Isótopos são átomos de um mesmo elemento químico que diferem de número de massa. Assim, nota-se uma falha no modelo de Dalton no fato de que ele considerava idênticos todos os átomos de um mesmo elemento químico. Esta falha é notificada então, em virtude da existência dos isótopos, pois esses apresentam iguais, apenas o número de prótons, sendo o número de nêutrons diferentes ( o que resulta em átomos de mesmo elemento químico porém com diferentes massas, pois como se sabe, a massa de um átomo é dado como sendo a soma entre a quantidade de prótons e a de nêutrons: A = Z + N, sendo Z constante, por estar relacionando isótopos ) .

Modelo Atômico de Dalton: "bola de bilhar".
O átomo seria uma esfera (partícula) maciça e indivisível.

A grande diferença entre o modelo atômico de Dalton e o dos filósofos da Antigüidade ( Leucipo e Demócrito ) é que o modelo de Dalton foi criado com base em resultados experimentais, sendo portanto, um modelo científico. Ao contrário, o modelo dos filósofos da Antigüidade era fundamentado unicamente em pensamento filosófico, sem nenhuma base experimental.

De Dalton ( 1.808 ) a Bohr ( 1913 )

O modelo atômico de Dalton, ou seja, a idéia de que o átomo é uma esfera maciça e indivisível vigorou até o final do século 19, quase praticamente durante todo o século 19. Somente em 1.897, apareceu o modelo atômico de Thomson, que provou que o átomo era dividido em partículas ainda menores, invalidando o modelo de Dalton.

O físico inglês J. J. Thomson demonstrou que os raios catódicos podiam ser interpretados como sendo um feixe de partículas carregadas. Utilizando-se de uma Ampola de Crookes ( onde há descargas elétricas em campos elétricos e magnéticos ), Thomson conseguiu relacionar a carga com a massa do elétron e determinou o valor dessa relação.

Thomson verificou que o valor dessa relação ( carga/massa ) era igual para qualquer gás que fosse colocado dentro da Ampola de Crookes. Com isso, ele conclui que os elétrons deveria ser um componente de toda matéria ( já que qualquer gás apresentava a mesma relação carga/massa do elétron ).

Veja como Thomson conclui que os elétrons faziam parte de toda matéria e como ele pesquisou os raios catódicos clicando aqui.

Após analisar os resultados obtidos com os raios catódicos ( elétrons ) e com o constante valor da relação carga/massa do elétron, em 1.898, Thomson apresentou seu modelo atômico: uma esfera de carga positiva na qual os elétrons, de carga negativa, estão distribuídos mais ou menos uniformemente. A carga positiva está distribuída de forma homogênea, por toda a esfera. Seu modelo também é conhecido como o "modelo de pudim com passas".

Modelo de Thomsom: "pudim com passas".
O pudim logicamente é toda a esfera positiva ( em azul ) e as passas são os elétrons ( em amarelo ), de carga negativa.

Modelo Atômico de Rutherford

Para chegarmos ao modelo atômico de Rutherford, é preciso compreender primeiramente como ele e sua equipe de colaboradores chegaram ao modelo no qual havia a idéia de elétrons em órbitas em torno de um núcleo. Para saber e compreender com Rutherford chegou ao seu modelo, não deixe de clicar na figura abaixo.

A experiência de Rutherford também é chamada também de experiência do espalhamento das partículas alfa. Essa experiência foi a base experimental do modelo do átomo nucleado.


Modelo atômico de Rutherford: modelo planetário do átomo.
O átomo é formado por um núcleo muito pequeno em relação ao átomo, com carga positiva, no qual se concentra praticamente toda a massa do átomo. Ao redor do núcleo localizam-se os elétrons neutralizando a carga positiva.

Rutherford e seus colaboradores verificaram que, para aproximadamente cada 10.000 partículas alfa que incidiam na lâmina de ouro, apenas uma (1) era desviada ou refletida. Com isso, concluíram que o raio do átomo era 10.000 vezes maior que o raio do núcleo. Fazendo uma comparação, se o núcleo de um átomo tivesse o tamanho de uma azeitona, o átomo teria o tamanho do estádio do Morumbi.

raio do átomo ~ 10.000 x raio do núcleo
( onde ~ significa aproximadamente )

Hoje, admite-se que o raio do átomo é da ordem de 1Å ( 1 · 10 -10m ) e o raio do núcleo desse mesmo átomo é da ordem de 10-14m.

raio do átomo ~ 10 -10m
raio do núcleo ~ 10-14m

( onde ~ significa aproximadamente )

veja aqui as frações do metro: nanômetro, picômetro etc.

Como toda teoria tem seu período de desenvolvimento e está sujeita a declínios, logo surgiram dificuldades para a aceitação do modelo de Rutherford: como os elétrons têm carga negativa e o núcleo tem carga positiva, existe atração entre os elétrons e o núcleo, pois cargas elétricas opostas (negativa dos elétrons e positiva do núcleo) atraem-se. Como explicar o fato de os elétrons não caírem sobre o núcleo?
Rutherford contornou essa dificuldade admitindo que os elétrons giravam em torno do núcleo em órbitas circulares, a altíssima velocidade, de tal modo que a aceleração centrípeta desenvolvida nesse movimento equilibraria a atração exercida pelo núcleo.
No sistema planetário, havia uma explicação semelhante para o fato de o planeta não cair sobre o Sol, embora fosse atraído por ele com uma enorme força gravitacional. O movimento do planeta em sua órbita ao redor do Sol produz uma aceleração centrípeta que se equilibra com a força de atração gravitacional exercida pelo Sol.
O modelo do átomo nucleado de Rutherford era então muito parecido com o sitema planetário, no qual o Sol representava o núcleo, e os planetas simbolizavam os elétrons girando em torno do núcleo (daí vem o fato de o modelo de Rutherford ser chamado de modelo planetário do átomo, além da semelhança que apesenta com o sitema planetário).

Surgiu, então, outra dificuladade: uma carga elétrica negativa (elétrons) em movimento ao redor de outracarga elétrica positiva estacionário (núcleo) emite radiação constantemente, perdendo energia. Se no fato citado os elétrons perdem energia por radiação ao entrar em movimento ao redor do núcleo, os elétrons vão gradativamente se aproximando do núcleo num movimento espiralado, acabando (logicamente) por colidir com ele.

Essa dificuldade só foi superada com o surgimento do Modelo Atômico de Bohr, em 1.913.

Modelo Atômico de Bohr (1.913)

Depois de estudos envolvendo outros conceitos da Física nos sistemas microscópicos (como os átomos e seus constituintes por exemplo), o físico dinamarquês Niels Bohr consequiu superar as dificuldades encontradas no modelo de Rutherford, essas, que foram citadas acima (em itálico).
A "solução" encontrada por Bohr, que modificou o modelo de Rutherford, veio com a seguinte idéia:

· um elétron num átomo adquire apenas certas energias, e cada energia é representada por uma órbita definida, particular. Se o elétron recebe energia ele pula para uma outra órbita mais afastada do núcleo. Pode ocorrer no elétron a perda de energia por irradiação, e sendo assim, o elétron cai para uma órbita mais próxima do núcleo. Todavia o elétron não pode ficar entre duas órbitas definidas, específicas, pois essa não seria uma órbita estável ( órbita não específica ).
Conclui-se então que: quanto maior a energia do elétron, mais afastado ele está do núcleo.

Em outras palavras: um elétron só pode estar em movimento ao redor do núcleo se estiver em órbitas específicas, definidas, e não se encontra em movimento ao redor do núcleo em quaisquer órbitas.

As órbitas permitidas constituem os níveis de energia do átomo ( camadas K L M N ... ).

Modelo Atômico de Sommerfeld (1.916)

Após o modelo de Bohr postular a existência de órbitas circulares específicas, definidas, em 1.916 Sommerfeld postulou a existência de órbitas não só circulares, mas elípticas também. Para Sommerfeld, num nível de energia n, havia uma órbita circular e (n-1) órbitas elípticas de diferentes excentricidades.
Por exemplo, no nivel de energia n = 4 (camada N), havia uma órbita circular e três órbitas elípticas. Cada uma das órbitas elípticas constitui um subnível, cada um com sua energia.