Parede Celular

Universidade Federal de Juiz de Fora
Instituto de Ciências Biológicas
Departamento de Parasitologia, Microbiologia e Imunologia.
Disciplina: MICROBIOLOGIA GERAL
Prof (a) Dra Luciana D. Carvalho
•Bibliografia:
•TRABULSI, L.R. Microbiologia, 5ª Ed., Atheneu, 2008.
•JAWETZ, E.; MELNICK, J.L. & ADELBERG, E. Microbiologia Médica. 22ª Ed.
McGraw-Hill Interamericana do Brasil, 2001.
•MIMS, C.; DOCKRELL, M.H.; GOERING, V.R.; ROITT, I. Microbiologia Médica. 3ª
Ed. Elsevier, 2005.
•MURRAY, PATRICK R.; PFALLER, MICHAEL A.; ROSENTHAL, KEN S. Microbiologia
Médica. 5 ed. Ed. Elsevier, 2006.
•TORTORA, G.J.; FUNKE, B.R. & CASE, C.L. Microbiologia, 6ª edição, Editora
Artmed, Porto Alegre, 2003.
•PELCZAR, M.J.; CHAN, E.C.S.; KRIEG, N.R. Microbiologia – Conceitos e Aplicações.
Volumes 1 e 2. Ed. Makron Books, 1996.
•SANTOS, ROMANOS & WIGG. Introdução à virologia humana, Ed.Guanabara-
Koogan, 2002.
Morfologia Bacteriana
Luciana Debortoli de Carvalho
Bactérias
BACTÉRIAS - células procariontes, constituindo os menores seres vivos e os mais simples estruturalmente, embora
complexos e diversificados do ponto de vista bioquímico e metabólico - ADAPTAÇÃO
Morfologia Bacteriana:
As células bacterianas são caracterizadas morfologicamente pelo seu tamanho, forma e arranjo.
Tamanho: 0,3 /0,8 m até 10/25 m. As espécies de interesse médico variam entre 0,5 a 1,0 m por 2 a 5 m.
Morfologia dos Procariotos
Forma da célula:
•
•
•
•
•
•
cocos
bacilos
vibriões
espirilos
Espiroquetas
Formas de transição
Cocos
Arranjos
– agrupamentos de indivíduos após a divisão
– seguem um padrão uniforme
– auxiliam na identificação do gênero bacteriano
Vibrião
Forma e arranjo:
- Cocos (formas esféricas): grupo homogêneo em relação a tamanho, sendo células menores (0,8 a
1,0 m).
• Diplococos: cocos agrupados aos
pares. Ex.: Neisseria (meningococo)
• Estreptococos: cocos agrupados em cadeias.
Ex.: Streptococcus
• Tétrades: agrupamentos de quatro cocos
• Sarcinas: agrupamento de oito cocos em
forma cúbica. Ex.: Sarcina
• Estafilococos: cocos em grupos irregulares,
lembrando cachos de uvas. Ex.: Staphylococcus
Bacilos ou bastonetes: cilíndricos, forma de bastão, podendo ser longos ou delgados,
pequenos e grossos, extremidade reta, afilada, convexa ou arredondada.
• Diplobacilos: bastonetes agrupados aos pares.
• Estreptobacilos: bastonetes agrupados em cadeias.
• Paliçada: bastonetes agrupados lado a lado como palitos de fósforos.
Formas helicoidais ou espiraladas: células de forma espiral.
• Espirilos: possuem corpo rígido e
se movem às custas de flagelos
externos, dando uma ou mais
voltas espirais em torno do próprio
eixo.
• Espiroquetas:
são
flexíveis
e
locomovem-se provavelmente às custas
de contrações do citoplasma, podendo
dar várias voltas completas em torno do
próprio eixo. Ex.: Gênero Treponema
• Além desses três tipos morfológicos, existem algumas formas
de transição.
• Quando os bacilos são muito curtos, podem se assemelhar aos
cocos, sendo então chamados de cocobacilos (Ex: Brucella
melitensis).
• Quando as formas espiraladas são muito curtas, assumindo a
forma de vírgula, eles são chamados de vibrião (Ex: V.
cholerae).
Formas de transição
Vibrião
• Bacilos muito curtos: cocobacilos. Ex.: Prevotella
• Espirilos muito curtos, assumindo formas de
vírgula: vibriões. Ex.: Vibrio cholerae
CITOLOGIA DA CÉLULA
BACTERIANA
CITOLOGIA BACTERIANA
Características básicas dos procariontes:
Ausência de compartimentos dentro da célula - metabólitos dispersos no citoplasma;
Ausência de núcleo verdadeiro - cromossomo bacteriano disperso no citoplasma
A observação interna das estruturas celulares dá-nos uma idéia de como a bactéria funciona no
ambiente. A figura a seguir representa as diversas estruturas bacterianas:
CITOLOGIA BACTERIANA
Pili /
Nogueira & Silva Filho (2010)
Estruturas Externas dos Procariotos
Fímbrias
Estruturas filamentosas mais curtas e delicadas que os flagelos, semelhantes a pêlos,
que se originam da membrana plasmática, e são usados para fixação, e não para
motilidade.
São constituídas por uma proteína denominada pilina.
Estão relacionadas com a aderência às superfícies mucosas (fímbrias comuns) =>
colonização.
Pili F => relacionado com a transferência de material genético durante a conjugação
bacteriana (fímbrias ou pili sexual – codificadas pelo plasmídeo F).
Estruturas Externas dos Procariotos
Cápsula e Camada Limosa (Glicocálix)
* composição: glicoproteínas e/ou polissacarídeos
* função:
- adesão
- proteção contra dessecamento e fagocitose
Estruturas Externas dos Procariotos
Flagelos
* apêndices longos (10-20 m) e finos (20 nm)
* helicoidais
* distribuídos em número variável
* Composição de proteína: flagelina
* Estrutura:
- corpo basal (motor)
- gancho
- filamento
Função: locomoção
Monotríquio (polar)
Lofotríquio
Anfitríquio (polar)
Peritríquio
Parede Celular
Estruturas Internas dos Procariotos
 Estrutura rígida que recobre a membrana citoplasmática e dá forma às células, além
de proteção, mantendo a pressão osmótica intrabacteriana e prevenindo expansão e
eventual rompimento da célula.
 Composição: peptidioglicano (mucopeptídeo ou mureína) – estrutura rígida da
parede:
N-acetilglicosamina (NAG)
ácido N-acetilmurâmico (NAM)
tetrapeptídeo (4 aminoácidos)
Parede Celular
Bacteriana
Peptideoglicano
Parede Celular
Devido as propriedades da parede celular, as bactérias podem ser divididas em dois grandes grupos:
GRAM POSITIVAS e GRAM NEGATIVAS, de acordo com a sua resposta à coloração de GRAM.
Gram positivas: 90% da parede formados de
Gram negativas: 10 % de peptideoglicano
peptideoglicano (até 20 camadas) 30-60 nm
(1-2 camadas) 2-3 nm
PAREDE DAS GRAM POSITIVAS
 Possuem maior quantidade de peptidioglicano, o que torna a parede dessas
bactérias mais espessa e rígida.
 Composta por peptidioglicano e ácidos teicóicos (cadeias de polifosfato com resíduos
de ribitol e glicerol) ou ácidos lipoteicócicos.
Ácidos teicóicos
Peptideoglicano
Membrana citoplasmática
Citoplasma
Os ácidos teicóicos/lipoteicóicos estão ligados ao peptidioglicano APENAS nas bactérias
Gram positivas, nunca nas Gram negativas.
PAREDE DAS GRAM NEGATIVAS
 Mais complexa - a quantidade de peptidioglicano é menor, e possui uma membrana
externa envolvendo a fina camada de peptidioglicano, que se situa no espaço
periplasmático.
 MEMBRANA EXTERNA: Serve como barreira seletiva que controla a passagem de
algumas substâncias.
Estrutura: bicamada assimétrica, contendo fosfolipídios, semelhante à MP.
• Internamente => camada de fosfolipídeos e lipoproteína, que está ancorada ao
peptidioglicano.
• Externamente => camada impermeável de lipopolissacarídeo (LPS) – molécula
anfipática.
A membrana externa das bactérias Gram negativas contém porinas, que formam
canais por onde penetram diversas substâncias.
Lipopolissacarideo
Membrana externa
Espaço periplasmático
lipoproteínas
e
Peptideoglicano
Espaço periplasmático
Membrana
citoplasmática
Citoplasma
Membra
na
externa
•Maior rigidez à parede celular
•Seus componentes são tóxicos quando injetados em animais
•Participa do processo de nutrição formando canais de passagem
LPS
3 segmentos ligados covalentemente: lipídio A, cerne do polissacarídeo e antígenos O.
A porção lipídica do LPS é também chamada de ENDOTOXINA.
O LPS pode ser tóxico, causando febre, diarréia, destruição de hemácias e um
choque potencialmente fatal.
A Coloração de Gram
Membrana Citoplasmática
Estruturas Internas dos Procariotos
Aproximadamente 10 nm e separa a parede celular do citoplasma. É constituída de
fosfolipídeos e proteínas.
Desempenha importante papel na permeabilidade seletiva da célula – funciona como
barreira osmótica.
Difere da membrana citoplasmática dos eucariotos por:
- não apresentar esteróis em sua composição;
- ser sede de numerosas enzimas do metabolismo respiratório;
- controlar a divisão bacteriana através do mesossomo.
3.2. Estruturas Internas dos Procariotos
Inclusões Citoplasmáticas
Reserva de energia e de blocos estruturais:
* poli- -hidroxibutirato, amido e outros
* polifosfatos (grânulos metacromáticos)
* enxofre
* magnetita (Fe3O4) (bactérias magnéticas usam para orientação)
“Magnetobulus multicellularis” (UFRJ)
Estruturas Internas dos Procariotos
Área citoplasmática
 Ribossomos: ligados a uma molécula de mRNA, são chamados de poliribossomos. Presentes em
grande número nas células bacterianas. São menores – ribossomos 70S
Tipo de rRNA em
procariotos
Número aproximado de
nucleotídeos
Localização da
subunidade
16s
1542
30s
5s
120
50s
23s
2904
50s
Área nuclear
 Nucleóide: cromossomo bacteriano, constituído por uma única molécula dupla fita circular de DNA
não delimitado por membrana nuclear e sem a presença de histonas. Contém as informações
necessárias à sobrevivência da célula e é capaz de replicação.
 Plasmídeos: elementos extracromossomais, moléculas menores de DNA, também dupla fita,
circulares, cujos genes não codificam características essenciais, mas podem conferir vantagens
seletivas para as bactérias que os possuem (ex.: genes de resistência a antibióticos, metais tóxicos,
produção de toxinas, etc). São capazes de auto-duplicação independente do cromossomo bacteriano,
e podem existir várias cópias dentro da célula.
FISIOLOGIA BACTERIANA
Os microrganismos necessitam de um ambiente propício com todos os constituintes
físicos e químicos necessários para seu crescimento. As substâncias ou elementos
retirados do ambiente são utilizadas como blocos para a construção da célula.
NUTRIENTES
Os nutrientes podem ser de vários tipos, dispostos em três categorias, de acordo
com a sua concentração e importância na célula bacteriana: macronutrientes,
micronutrientes e fatores de crescimento.
MACRONUTRIENTES
Macronutrientes
Funções
gramas
Carbono (Compostos orgânicos, CO2)
Oxigênio
(O2, H2O, comp. orgânicos)
Nitrogênio (NH4, NO3, N2, comp. org.)
Hidrogênio (H2, H2O, comp. Orgânicos)
Constituintes de carboidratos, lipídeos, proteínas
e ácidos nucléicos
Fósforo (PO4)
Enxofre (SO4, HS, S, comp. enxofre)
mg
Potássio (K+)
Atividade enzimática
Cálcio (Ca2+)
Resistência ao calor do endosporo
Magnésio (Mg2+)
Cofator de enzimas, complexos com ATP,
estabiliza ribossomos e membranas
Ferro (Fe2+/Fe3+)
Constituição de citocromos, cofator de enzimas,
cofator de proteínas transportadores de elétrons
MICRONUTRIENTES
FATORES DE CRESCIMENTO
São compostos que alguns tipos celulares necessitam em quantidades muito pequenas.
Embora a maioria dos microrganismos seja capaz de sintetizá-los, alguns microrganismos
necessitam que eles sejam adicionados ao meio de cultura.
Estes compostos entram na composição das células ou de precursores dos constituintes
celulares.
Aminoácidos
Purinas e pirimidinas
Colesterol
Heme
Vitaminas
Vitaminas requeridas pelos
microrganismos e suas funções
FONTES DE CARBONO E ENERGIA PARA O
CRESCIMENTO BACTERIANO
As bactérias, de acordo com a fonte de carbono e de energia que utilizam, podem ser
classificadas em diferentes tipos nutricionais:
CARBONO
HETEROTRÓFICOS
Microrganismos
que
utilizam
carbono
orgânico
AUTOTRÓFICOS
Microrganismos
que
utilizam
carbono
inorgânico (CO2)
ENERGIA
FOTOTRÓFICOS
QUIMIOTRÓFICOS
que
Microrganismos
que Microrganismos
energia
utilizam
energia utilizam
química
(compostos
radiante (luz)
químicos)
Principais tipos nutricionais dos
microrganismos
Os microrganismos exibem os mais diversos mecanismos nutricionais. A nutrição ocorre
predominantemente pela absorção, através da oxidação de substâncias com alto valor
energético, preferencialmente os açúcares.
PROCESSO DE NUTRIÇÃO EM PROCARIOTOS
1) Nutrição em Gram positivos
=> Estas bactérias sintetizam uma série de exoenzimas, as quais são liberadas no meio, clivando os
nutrientes, que são captados por proteínas transportadoras.
2) Nutrição em Gram negativos
=> Devido à presença de uma membrana externa de caráter hidrofóbico (LPS), as bactérias Gram
negativas apresentam um grande número de porinas associadas à camada lipopolissacarídica, e que
permitem a passagem de moléculas hidrofílicas, de baixa massa molecular.
=> No espaço periplasmático dessas células, são encontrados proteases, fosfatases, lipases, nucleases
e enzimas de degradacão de carboidratos.
FORMAS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA
I – Fermentação: processo no qual os compostos orgânicos são parcialmente
degradados
Lática:
ácido lático
Alcoólica:
etanol
Aceto-butírica:
ácido butírico e acetona
Acética:
ácido acético (vinagre)
Propiônica:
ácido propiônico
=> Libera energia de açúcares (2 ATP) ou moléculas
orgânicas;
=> Não requer oxigênio (mas pode ocorrer na
presença deste);
=> Não requer o uso do ciclo de Krebs ou cadeia de
transporte de elétrons;
=> Utiliza uma molécula orgânica como aceptor
final de elétrons
II - Respiração
a) RESPIRAÇÃO AERÓBICA: processo
onde os compostos orgânicos são
completamente degradados, e o O2 é
o aceptor final dos elétrons.
b) RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA: processo no qual os compostos orgânicos são
completamente degradados, e uma molécula diferente do O2 é o aceptor final
dos elétrons (SO4, CO3, NO3, fumarato, etc)
A quantidade de ATP gerada na respiração anaeróbica varia de acordo com o
microrganismo e a via.
Devido a somente uma parte do ciclo de Krebs funcionar sob
condições anaeróbias, o rendimento de ATP nunca é tão alto quanto o
da respiração aeróbica.
REQUERIMENTOS FÍSICOS E AMBIENTAIS PARA O CRESCIMENTO
MICROBIANO
Quando falamos em crescimento microbiano no referimos ao número e não ao tamanho
das células.
Os microrganismos em crescimento estão, na verdade,
aumentando o seu número e se acumulando em
colônias
COLÔNIAS => grupos de células => visualização sem
utilização de microscópio.
CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA O CRESCIMENTO MICROBIANO
Químicos
Físico-químicos (ambientais)
• Água
• Temperatura
• Macronutreintes
• pH
• Micronutrientes
• Pressão Osmótica
• Fatores de crescimento
• O2
Temperatura
Cada tipo de bactéria apresenta uma temperatura ótima de crescimento. Acima do limite, ocorre
desnaturação protéica e conseqüente morte celular. Temperaturas inferiores levam a uma
desaceleração das atividades metabólicas.
pH
A maioria das bactérias cresce melhor dentro de variações pequenas de pH, sempre perto
da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5.
Pressão Osmótica
A capacidade dos microrganismos se adaptar a pressões osmóticas chama-se
OSMOADAPTAÇÃO.
Os microrganismos são frequentemente encontrados em ambientes onde a
concentração do soluto é igual o seu citoplasma (meio isotônico).
• Halotolerantes: toleram altas concentrações de sais-10% NaCl
• Halofílicos: requerem altos níveis de NaCl (Vibrio cholerae).
Oxigênio
O oxigênio pode ser inócuo, indispensável ou letal para as bactérias, o que permite
classificá-las em:
OXIBIÔNTICAS
ANOXIBIÔNTICAS
Aeróbios
Anaeróbios
obrigatórios
Aeróbios
obrigatórios
Extremamente
sensíveis
Microaerófilos
Aerotolerantes
Anaeróbios
facultativos
REPRODUÇÃO BACTERIANA
As bactérias se multiplicam por DIVISÃO BINÁRIA SIMPLES, um processo devido à
formação de septos na região do mesossomo, que se dirigem da superfície para o interior
da célula, dividindo a bactéria em duas células filhas.
A fissão é precedida pela duplicação do DNA, que se processa de modo semiconservativo, e cada célula filha recebe uma cópia do cromossomo da célula-mãe.
O período da divisão celular depende do tempo de geração de cada bactéria
Tempo de geração: tempo necessário para um célula se dividir em duas
CURVA DE CRESCIMENTO BACTERIANO
Quando uma bactéria é semeada em um meio apropriado, nas
condições apropriadas, o seu crescimento segue uma curva
definida e característica:
A – Fase LAG: pouca divisão
celular, os microrganismos estão
se adaptando ao meio em que
estão crescendo. As células
aumentam de volume, mas não
se dividem.
B – Fase exponencial (log):
crescimento exponencial, divisões
celulares
sucessivas,
grande
atividade metabólica.
C – Fase estacionária: decréscimo
na taxa de divisão celular, onde a
velocidade de crescimento =
velocidade de morte
D – Fase de declínio ou morte:
condições impróprias para o
crescimento, meio deficiente em
nutrientes e rico em toxinas, onde
as células mortas excedem o
número de células vivas