Compreensão de novos componentes celulares

O emprego de novos métodos de coloração, inclusão, secção e fixação, o uso da lente de imersão em óleo e o desenvolvimento da técnica de micrótomo impactaram significativamente a microscopia no fim do século XIX. Como resultado dessas melhorias, foi possível visualizar e observar novas estruturas intracelulares (MAZZARELLO, 1999; DRÖSCHER, 2009; SHEPHERD, 2015).

A observação da composição das células dos eucariotos unicelulares estimulou a necessidade de compreender as estruturas e funções dos componentes elementares das células. Em 1884, Karl August Möbius (1825-1908) cunhou o termo organula (pequeno órgão) para referir-se as estruturas diminutas que compunham as células desses organismos. Posteriormente, essa expressão foi transformada em “organela” para fazer alusão às estruturas subcelulares tanto dos seres unicelulares quanto dos multicelulares (SCHULDINER; SCHWAPPACH, 2013).

Ao final da década de 1890, diversos pesquisadores se dedicaram ao estudo dessas organelas intracelulares. Em 1898, a mitocôndria foi visualizada por vários cientistas e nomeada pelo microbiologista Carl Benda (1857-1932). Em 1903, Benda mostrou que as mitocôndrias estavam presentes nos óvulos e nos espermatozoides dos anfíbios e que, após a fertilização, eram transmitidas para as células filhas durante a etapa da clivagem. A partir dessas observações, ele concluiu que essa organela fazia parte da estrutura celular (HUGHES, 1959; MAZZARELLO, 1999).

Em 1898, o neurologista italiano Camilo Golgi (1844-1926) descobriu a estrutura celular que leva o seu nome, o “complexo de Golgi”, ao investigar o interior das células de Purkinje do cerebelo de uma coruja (HUGHES, 1959; BENTIVOGLIO; MAZZARELLO, 1998; BENTIVOGLIO, 1999). Posteriormente, em 1949 o citologista romeno-americano Georg E. Palade (1912-2008) e o médico e citologista belga-americano Albert Claude (1899- 1983) conseguiram mostrar que essa organela era constituída por uma extensa rede de mielina com o auxílio do microscópio eletrônico. O emprego desse instrumento também ajudou a revelar a composição ultraestrultural do complexo de Golgi, com o seu complexo aglomerado de vesículas e cisternas, no ano de 1954 (BENTIVOGLIO; MAZZARELLO, 1998).

Alguns anos depois, ocorreu a descoberta do retículo endoplasmático. A primeira observação dessa estrutura aconteceu em 1902 a partir dos trabalhos realizados pelo cientista italiano Emilio Veratti (1872-1967). Verrati foi assistente de Camilo Golgi no Instituto de Patologia Geral e Histologia da Universidade de Pavia (MAZZARELLO et al., 2003). Ao empregar técnicas de coloração utilizadas pelo seu professor, Veratti vizualizou uma nova

estrutura intracelular distinta dos filamentos dos músculos e do complexo de Golgi com o auxílio do microscópio óptico. Embora Veratti tenha realizado diversas observações e desenhos dessa organela, ele não conseguiu convencer a comunidade científica de sua época de que essa estrutura realmente existia. Por conseguinte, nesse período, o estudo de Verrati foi desconsiderado e descartado pelos seus pares. É difícil compreender porque isso ocorreu, visto que nessa época o interesse pelas estruturas subcelulares atraía grande interesse por parte dos pesquisadores. A discussão da existência dessa organela foi revigorada em 1953 a partir do surgimento de técnicas de microscopia eletrônica desenvolvidas pelo biólogo celular Canadense-Americano Keith R. Porter (1912-1997). Por meio dessas técnicas, Porter conseguiu visualizar uma estrutura reticulada no interior do citoplasma. Após a observação dessa estrutura, ele a nomeou de “retículo endoplasmático”. Por fim, em 1954, Porter e Palade conseguiram confirmar a existência dessa organela através da obtenção de imagens de alta resolução da mesma. Após esse estudo, o retículo endoplasmático passou a ser aceito pela comunidade científica, tornando-se então, alvo de inúmeras pesquisas (SCHULDINER; SCHWAPPACH, 2013).

Devido à elucidação dessas inúmeras organelas intracelulares, o período da virada do século XX pode ser considerado como a “era de ouro da descoberta das organelas” (SCHULDINER; SCHWAPPACH, 2013, p. 2389).

Ao final do século XIX, os cientistas também passaram a associar a teoria celular com a individualidade das células, e não somente com o seu processo de formação, conforme postulado por Schleiden e Schwann (BAKER, 1948; NICHOLSON, 2010; REYNOLDS, 2018). Em 1893, o zoólogo e citologista alemão Oscar Hertwig (1849-1922) a definiu da seguinte maneira:

Animais e plantas, tão diversos em sua aparência externa, concordam na natureza fundamental de sua construção anatômica; ambos são compostos por unidades elementares semelhantes, que geralmente só são perceptíveis ao microscópio. Por meio da influência de uma teoria antiga, agora descartada24, essas unidades são chamadas de células, e assim a doutrina de que animais e plantas são compostos de maneira concordante com partículas muito pequenas desse tipo é chamada de teoria da célula... o processo de vida comum de um organismo composto parece nada mais que o resultado extremamente complicado de suas numerosas e diversificadas células funcionais (HERTWIG, 1893, p. 3 apud BAKER, 1948, p. 105).

A importância da célula para o conhecimento biológico foi apresentada em um dos mais célebres livros de citologia do século XIX, The Cell in Development and Inheritance (A Célula em Desenvolvimento e Herança), escrito pelo geneticista norte-americano Edmund Beecher Wilson (1856–1939). Ao se debruçar sobre essa nova área de pesquisa, a saber, a citologia, ele ajudou a fornecer um mapeamento das condições nas quais esse campo se encontrava naquele momento (MAIENSCHEIN, 1991; REYNOLDS, 2018).

Nesta obra, Wilson também afirmou que a teoria celular seria uma das pedras fundamentais da biologia moderna, visto que “nenhuma outra generalização biológica, salvo apenas a teoria da evolução orgânica, trouxe tantos fenômenos aparentemente diversos sob um ponto de vista comum ou foi mais realizada para a unificação do conhecimento” (WILSON, 1902, p. 1).

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Hertwig refere-se aqui principalmente à concepção de Schleiden e Schwann sobre o processo de formação das células. Semelhantemente a outros pesquisadores, ele também assumia que a origem das células não ocorria segundo o processo de formação livre, mas a partir do mecanismo da divisão celular.

Na terceira e última edição de The Cell, Wilson voltou a reafirmar a importância desta teoria:

Entre os marcos do progresso científico moderno, a teoria das células de Schleiden e Schwann, enunciada em 1838-3925, destaca-se como um dos marcos dominantes do século XIX. (...) Seu anúncio, no entanto, marcou um ponto de virada no avanço da biologia, abrindo um novo ponto de vista para o estudo dos organismos vivos e revelando os contornos de um plano comum de organização que fundamenta sua infinita diversidade externa (WILSON, 1925, p. 1).

Seus trabalhos também contribuíram para relacionar a citologia com o mendelismo. Esse citologista considerava a célula como estrutura fundamental para o entendimento do desenvolvimento e da hereditariedade. Ainda segundo ele, a solução de qualquer grande questão da biologia residiria no entendimento da célula (WILSON, 1902).

Com a emergência da bioquímica, durante a primeira metade do século XX, o estudo das células alcançou uma nova fase de desenvolvimento. Por meio dessa disciplina, foi possível compreender reações químicas no interior das células e, consequentemente, entender alguns de seus processos (e.g., a glicólise). Somado a isso, a técnica de fracionamento celular desenvolvido pelo médico canadense Robert R. Bensley (1867-1956) e Claude propiciou a separação dos conteúdos celulares pela aplicação de força centrífuga em fragmentos de diferentes massas. A aplicação da microscopia eletrônica ao estudo das células nas décadas de 1940 e 1950 favoreceu a identificação de componentes celulares que eram impossíveis de serem visualizados pelo microscópico óptico. Como resultado dessas técnicas, foi possível elucidar, por exemplo, a estrutura interna da mitocôndria e do retículo endoplasmático (BECHTEL, 2010).

O período entre 1940 a 1960 foi primordal para o estudo das células, pois durante esse período ela assumiu um lugar de destaque nas Ciências Biológicas, resultando assim, no surgimento da disciplina denominada “biologia celular” (BECHTEL, 2010). De acordo com Bechtel (2006, p. 258), esse termo é usado intencionalmente por inúmeros pesquisadores para promover uma distinção entre a citologia clássica, que está preocupada principalmente com a estrutura morfológica da célula, e a nova disciplina interdisciplinar que assume o desafio de integrar as informações estruturais e funcionais das células.

No século XIX o estudo sobre as células e suas estruturas internas, isto é, as organelas, foram umas das principais características da citologia. Todavia, o diminuto tamanho das organelas, bem como a dificuldade de visualizá-las devido ao limite de resolução dos microscópios de luz limitaram substancialmente o avanço dessa disciplina (BECHTEL, 2010). Por sua vez, a partir da década de 1960 o nome biologia celular passou a ser empregado deliberadamente para demarcar essa nova disciplina da citologia. Diferentemente da citologia, sob o escopo da biologia celular, passou-se a investigar a estrutura das células em conjunto com a sua função em uma perspectiva unificada. O advento da biologia celular também possibilitou que o conhecimento adquirido sobre as diferentes partes das células (organelas) pudesse ser relacionado com as operações químicas que ocorriam nas organelas (BECHTEL, 2006, p. 14).

O surgimento da biologia celular também resultou em uma mudança de natureza de pesquisa e ferramentas empregadas para investigar as células (BECHTEL, 2006). A

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Para Wilson (1902, p. 1) o mérito de Schleiden e Schwann consistiu em enunciar, pela primeira vez, a ideia da teoria celular em 1838 e 1839. A partir da proposição dessa teoria, tornou-se evidente que a explicação última para todos os problemas biológicos deveria, em última análise, ser buscada na célula.

introdução da técnica de fracionamento e o uso do microscópio eletrônico a partir da década de 1930 possibilitou que uma geração subsequente de cientistas investigassem essas organelas. Enquanto o primeiro permitia separar o conteúdo das células por força centrífuga em diferentes frações de massa, o segundo contribuiu para elucidar os detalhes das organelas (BECHTEL, 2010). O emprego dessas novas técnicas de pesquisa possibilitou que os cientistas investigarem os mecanismos que ocorrem no interior das células. Os primeiros processos pesquisados foram o mecanismo do metabolismo oxidativo da mitocôndria, síntese de proteína do retículo endoplasmático, transporte de proteína no complexo de Golgi e a quebra e disposição do material celular no interior do lisossomo. Estes foram os focos dos primeiros estudos dessa nova disciplina científica denominada biologia celular (BECHTEL, 2006).

Na década de 1950 a biologia celular institucionalizou-se como uma nova disciplina científica especializada. Como resultado desse estabelecimento, os cientistas dessa nova área criaram novos periódicos que fizeram da célula ou citologia parte de seu nome (BECHTEL, 2006, 2010). Dentre estes, têm-se, por exemplo, Experimental Cell Research em 1950, International Review of Cytology em 1952, Journal of Biochemical and Biophysical Cytology em 1955 (DRÖSCHER, 2009; BECHTEL, 2010). A primeira edição do Journal of Biochemical and Biophysical Cytology caracterizou-se por apresentar diversos artigos relacionados ao estudo da natureza das organelas. Nesta edição, relatou-se, por exemplo, a primeira ampla descrição dos ribossomos e a distinção evidente entre o retículo endoplasmático liso e rugoso. Além disso, discutiu-se pela primeira vez natureza das vesículas sinápticas e dos espaços sinápticos intermebranosos (PORTER; BENNETT, 1981).

Durante essa época também foram criadas novas sociedades científicas que empregaram o termo biologia celular em seus nomes: International Society for Cell Biology (Sociedade Internacional para Biologia Celular) em 1947. Em 1961, The American Society for Cell Biology realizou seu primeiro encontro. No ano seguinte, o Journal of Biophysical and Biochemical Cytology trocou seu nome para Journal of Cell Biology, e tornou-se associado com a American Society for Cell Biology. Em conjunto, estas instituições focalizaram suas investigações sobre os componentes celulares e suas funções (DRÖSCHER, 2009; BECHTEL, 2010).

Para Bechtel (2006, p. 258), periódicos e sociedades científicas são importantes para estabelecer disciplinas científicas. Por meio deles, os cientistas podem disseminar seus trabalhos e receber créditos pelas suas publicações. A divulgação de estudos em jornais especializados e a participação em eventos de sociedades científicas também podem ajudar os cientistas a desenvolver e evidenciar seus trabalhos pelos pares. Sob essa perspectiva, percebe-se que as instituições científicas exercem outras funções além da certificação social. Por fim, os jornais e sociedades científicas têm o potencial de direcionar as investigações realizadas em seu escopo através da demarcação de problemas e métodos destinados a solucioná-los.

Em vista disso, podemos perceber que durante a década de 1960 a biologia celular adquiriu as características que definem uma disciplina científica, visto que:

[...] os biólogos celulares perseguiram um domínio distinto (organelas celulares e suas funções), empregaram um novo conjunto de ferramentas (especialmente microscopia eletrônica e fracionamento celular), perseguiram uma missão distintiva (determinando os mecanismos que permitiram que organelas desempenhassem suas funções) e criaram novas instituições profissionais (especialmente revistas e sociedades profissionais) (BECHTEL, 2006, p. 13-14).

Ao longo do século XX, a biologia celular consolidou-se como um novo campo de pesquisa. No decorrer dos anos seguintes, esteve associada com outras áreas de investigação, como a medicina, genética, biofísica, bioquímica, microbiologia e taxonomia (DRÖSCHER, 2009; RIBATTI, 2018).

6. PROPOSTA EM AÇÃO: USANDO O MIBioEC NO ENSINO DE