archaea
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CARACTERIZAÇÃO, ESTRUTURA CELULAR E REPRODUÇÃO DAS BACTÉRIAS AULA TEÓRICA 2 CONTEÚDO: • CÉLULA PROCARIÓTICA • CLASSIFICAÇÃO TAXONÔMICA • ESTRUTURA DAS CÉLULAS PROCARIÓTICAS - estruturas externas - parede celular - estruturas internas • REPRODUÇÃO BACTERIANA TIPOS CELULARES O exame cuidadoso da estrutura interna das células permite diferenciá-las em 2 tipos estruturais: - PROCARIÓTICAS – apresentam estrutura interna mais simples e são desprovidas de organelas envoltas por membranas; - EUCARIÓTICAS – geralmente maiores e de maior complexidade estrutural, exibindo a presença de organelas delimitadas por membranas. PRINCIPAIS DIFERENÇAS ENTRE CÉLULAS PROCARIONTES E EUCARIONTES: PRINCIPAIS DIFERENÇAS OBSERVADAS NOS PROCARIONTES : • Seu material genético (DNA) não está envolvido por uma membrana – ele é um cromossomo circular; • Não possui organelas revestidas por membrana; • Seu DNA não está associado a proteínas histonas; • Sua parede celular quase sempre contém o polissacarídeo PEPTIDEOGLICANO; • Usualmente se dividem por FISSÃO BINÁRIA – o DNA é duplicado e a célula se divide em duas – envolve menos estruturas e processos que a divisão celular eucariótica. CLASSIFICAÇÃO DE CARL WOESE (1990) EUBACTERIA ARCHAEA EUCARYA Achaea é tão distante em termos evolutivos de Eubacteria quanto o é de Eucarya DIFERENÇAS ENTRE OS DOMÍNIOS OUTRAS CLASSIFICAÇÕES: • MARGULIS E SCHWARTZ (1998) reconhece a principal divisão entre os organismos do planeta separando-os em dois super-reinos: Prokarya (procariontes) e Eucarya (eucariontes); • CAVALIER-SMITH (2004) Reconhece seis reinos: Bacteria, Chromista, Protozoa, Fungi, Plantae e Animalia. EUBACTERIA E ARCHAEA • Serão descritos como os domínios de bactérias; • A aula será dividida em: - Bactéria (Eubacteria) - Arquebactéria (Archaea) BACTÉRIA Membrana plasmática Mesossomo Parede celular Cápsula Fímbrias Ribossomos Nucleóide Flagelo Plasmídeos TAMANHO, FORMA E ARRANJO DAS CÉLULAS BACTERIANAS • A maioria das bactérias varia de 0,2 a 2 µm de diâmetro e de 2 a 8 µm de comprimento; • Elas possuem algumas formas básicas: - cocos (esféricos) - bacilos (bastão) - espiral FORMA E ARRANJO DAS CÉLULAS BACTERIANAS • COCOS São redondos, mas podem ser ovais, alongadas ou achatadas em uma das extremidades; Quando as células se dividem para se reproduzir podem permanecer unidas umas às outras: diplococos, estreptococos, tétrades, sarcinas, estafilococos. FORMA E ARRANJO DAS CÉLULAS BACTERIANAS • BACILOS Se dividem ao longo de seu eixo, assim existem menos agrupamentos que de cocos A maioria dos bacilos se apresentam isolados, mas podem se apresentar em pares diplobacilos, ou em cadeias estreptobacilos. FORMA E ARRANJO DAS CÉLULAS BACTERIANAS • ESPIRAIS Possuem uma ou mais curvaturas – nunca são retas: VIBRIÕES – parecem uma vírgula ESPIRILOS – forma helicoidal (como saca-rolhas) e corpo bastante rígido ESPIROQUETAS – forma helicoidal e flexível FORMA E ARRANJO DAS CÉLULAS BACTERIANAS OUTRAS FORMAS CELULARES: Células em forma de estrela: Ex: Stella Células em forma quadrada: Ex: Haloarcula (arquibactéria halofílica) FORMA DAS CÉLULAS • Geneticamente a maioria das bactérias são MONOMÓRFICA – mantém uma única forma • Uma série de condições ambientais, entretanto, podem modificar a forma de algumas espécies – PLEOMÓRFICAS – podem ter muitas formas; - Essa característica pode dificultar a identificação do microrganismo. - Rhizobium e Corynebacterium ESTRUTURAS EXTERNAS À PAREDE CELULAS • São elas: - glicocálice - flagelos - filamentos axiais - fímbrias - pili GLICOCÁLICE (revestimento de açúcar) • Termo geral usado para as substâncias que circundam as células; • Polímero viscoso e gelatinoso – situado externamente à parede celular e é composto de POLISSACARÍDEOS, POLIPEPTÍDEOS ou ambos. • Sua composição química varia amplamente de acordo com a espécie GLICOCÁLICE • Se a substância é organizada e está firmemente aderida à parede – o glicocálice é descrito como uma CÁPSULA. • Se a substância não é organizada e está fracamente aderida à parede celular, o glicocálice é descrito como uma CAMADA VISCOSA. CÁPSULA - Pode ser importante na VIRULÊNCIA BACTERIANA – protegem as células patogênicas da fagocitose pelas células de defesa do hospedeiro (glóbulos brancos); - Permite a fixação da bactéria a várias superfícies – pedras em rios com correnteza, raízes de plantas, entes humanos, implantes médicos, canos de água e outras bactérias; Cápsula ao redor de células de espécies de Streptococcus - Pode servir de fonte de nutrição, degradando-a e utilizando os açúcares quando os depóstios de energia estão baixos; - Pode proteger a célula de desidratação. FLAGELO (chicote) Longos apêndices filamentosos que propelem as bactérias; 3 parte básicas: -filamento: contém a proteínas flagelina (região mais longa e externa); -Alça ou gancho: adere o filamento ao anel fixo na membrana da bactéria; -Corpo basal: ancora o flagelo à parede celular e à membrana plasmática (haste central inserida em anéis) FLAGELOS Bactéria monotríquia Bactéria anfitríquia Bactéria lofotríquia Bactéria peritríquia MOVIMENTAÇÃO DA CÉLULA Tipos de movimentação de células monotríquias Esquema ilustrando a movimentação de bactérias peritríquias ESTÍMULOS À MOVIMENTAÇÃO • TAXIA: movimento da bactéria para perto ou longe de um estímulo particular - QUIMIOTAXIA: estímulo químico - FOTOTAXIA: estímulo de luz As bactérias apresentam receptores em várias localizações – captam estímulos e a informação é passada para os flagelos. FILAMENTO AXIAL -Estrutura de motilidade exclusiva das bactérias ESPIROQUETAS; -FILAMENTOS AXIAIS ou ENDOFLAGELOS – feixes de fibrilas que se originam nas extremidades das células, sob a bainha externa, e fazem uma espiral em torno da célula. -A rotação dos filamentos produz um movimento da bainha externa que propele os espiroquetas em um movimento espiral (saca-rolhas) FÍMBRIAS E PILI • Bactérias gram-negativas; • Apêndices semelhantes a pêlos – mais curtos e mais finos que os flagelos; • Usados para fixação e não para motilidade; • Consistem de uma proteína denominada PILINA distribuída de modo helicoidal em torno do eixo central. FÍMBRIAS • Podem ocorrer nos pólos da célula ou estar homogeneamente distribuídos em toda a superfície da célula bacteriana; • Assim como o glicocálice, permitem aderir a superfícies. Quando a bactéria sofre mutação e perde as fímbrias, é incapaz de causar doença; Neisseria gonorrhoeae (agente causal da gonorréia) – utiliza fímbrias para colonizar as membranas mucosas). PILI São mais longos que as fímbrias, havendo apenas um ou dois por célula. Os Pilus unem-se às células bacterianas na preparação para a transferência de DNA de uma célula para outra. São denominados Pili sexuais. PAREDE CELULAR • Estrutura complexa, semi-rígida, responsável pela forma da célula; • Circunda a membrana plasmática, frágil subjacente, protegendo-a e ao interior da célula; • A principal função é prevenir a ruptura da célula em condições de alta pressão de água no interior da célula; • Serve de ponto de ancoragem dos flagelos; • Importante clinicamente – contribui para a virulência de alguns grupos bacterianos, e também é local de ação de alguns antibióticos; • Usada para diferenciar os principais tipos de bactérias. COMPOSIÇÃO E CARACTERÍSTICAS DA PAREDE CELULAR • A parede celular é composta de uma rede macromolecular denominada PEPTIDEOGLICANA (ou Mureína); • Petideoglicana consiste de um dissacarídeo repetitivo unido por polipeptídeos para formar uma rede que circunda e protege a célula. COMPOSIÇÃO E CARACTERÍSTICAS DA PAREDE CELULAR • PORÇÃO DISSACARÍDICA: composta de monossacarídeos denominados - N-acetilglicosamina (NAG) - Ácido N-acetilmurâmico (NAM) Moléculas alternadas de NAG e NAM são ligadas para formar um “esqueleto” de carboidratos. COMPOSIÇÃO E CARACTERÍSTICAS DA PAREDE CELULAR • PORÇÃO PEPTÍDICA: Composta de polipeptídeos que são ligados através de filas adjacentes às moléculas dissacarídicas; CADEIAS LATERAIS DE TETRAPEPTÍDEOS – quatro aminoácidos unidos aos NAM no esqueleto; As cadeias laterais paralelas de tetrapeptídeos podem ser ligadas diretamente uma às outras ou unidas por uma PONTE CRUZADA PEPTÍDICA – cadeia curta de aminoácidos. PEPTIDEOGRLICANO – GRAM (-) PEPTIDEOGLICANO GRAM (+) PAREDE CELULAR GRAM-POSITIVAS • Consiste de MUITAS CAMADAS DE PEPTIDEOGLICANO – estrutura espessa e rígida; • Contém ÁCIDOS TEICÓICOS – basicamente formados de um álcool (glicerol ou ribitol) e fosfato; • 2 classes: - ÁCIDO LIPOTEICÓICO – ligado à membrana plasmática. - ÁCIDO TEICÓICO DA PAREDE- ligado à camada de peptideoglicano. FUNÇÕES DOS ÁCIDOS TEICÓICOS • Devido sua carga negativa (fosfato), podem ligar e regular o MOVIMENTO DE CÁTIONS para dentro e fora da célula; • Podem assumir um papel no CRESCIMENTO DA CÉLULA, impedindo a ruptura extensa da parede e possível lise; • Fornecem boa parte da ESPECIFICIDADE ANTIGÊNICA da parede – tornando possível a identificação das bactérias por certos testes laboratoriais. GRAM-POSITIVOS Esquema ilustrando o espesso peptideoglicano de bactérias Gram positivas PAREDE CELULAR GRAM-NEGATIVAS • Consistem de uma ou algumas camadas de peptideoglicana e uma MEMBRANA EXTERNA; • A peptideoglicana está ligada a lipoproteínas na membrana externa e está no ESPAÇO PERIPLASMÁTICO (espaço entre a membrana externa e a membrana plasmática); • NÃO CONTÉM ÁCIDOS TEICÓICOS GRAM-NEGATIVOS Esquema da parede celular de organismos Gram-negativos ESPAÇO PERIPLASMÁTICO • Entre a membrana externa e a membrana citoplasmática; • Contém uma alta concentração de enzimas de degradação e proteínas de transporte. MEMBRANA EXTERNA • Consiste de LIPOPOLISSACARÍDEOS (LPS) e FOSFOLIPÍDEOS. • Tem várias funções especializadas: - Carga negativa forte: evasão da fagocitose e da ação do complemento (mecanismos de defesa); - Fornece barreira a certo antibióticos, enzimas, detergentes, metais pesados, corantes, etc. MEMBRANA EXTERNA - A membrana externa não fornece uma barreira para todas as substâncias, pois os nutrientes devem atravessá-la para manter o metabolismo da célula; - A permeabilidade da membrana externa é devida a proteínas denominadas PORINAS; MEMBRANA EXTERNA LIPOPOLISSACARÍDEOS (LPS) fornece características importantes: - Polissacarídeos O: atuam como antígenos e são úteis para diferenciar as espécies de gram-negativas (função similar ao ácido teicóico nas gram-positivas); - Lipídeo A: é uma endotoxina – tóxica quando presente na corrente sanguínea do hospedeiro ou no trato gastrointestinal. Causa febre e choque. GRAM-NEGATIVOS Esquema da parede celular de organismos Gram-negativos COLORAÇÃO DE GRAM • É uma técnica de coloração utilizada para corar diferencialmente bactérias com base na composição química e integridade da sua parede celular; • Consoante a cor que adquirem, são classificados em grampositivos (roxo) ou gram-negativos (vermelho); • Tal método se deve ao médico dinamarquês Hans Christian Joachim Gram (1853-1938); • Geralmente as bactérias gram-negativa são mais patogênicas, possuindo ainda lipopolissacarídeos na sua membrana exterior, que agravam a infecção. TÉCNICA DE GRAM 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Confeccionar o esfregaço; Corar com violeta de cristal por 60 segundos; Lavar com esguicho de água destilada; Cubrir com Iodo de Gram ou Lugol por 60 segundos; Lavar com esguicho de água destilada; Descorar com álcool a 95%, ou acetona, 10-20 segundos; Lavar com esguicho de água destilada; Corar com safranina por 20 segundos Lavar com água destilada, secar e observar ao microscópio. Resultados: Gram (+) coram de roxo, Gram (-) coram de rosa COLORAÇÃO DE GRAM Gram-negativas: - Vibrão colérico; - Colibacilo; - Salmonelas Pseudomonas aeruginosa: Bacilos gram-negativos Gram-positivas - Estreptococos; - Estafilococos; - Enterococos. Staphylococcus aureus: Cocos gram-positivos Gram + Bacteria Gram- CÉLULAS COM PAREDES CELULARES ATÍPICAS • Certos tipos de células não possuem parede celular ou apresentam muito pouco material característico; • Bactérias do gênero Mycoplasma • Bactérias do domínio Archaea Mycoplasma • São bactérias muito pequenas (0,3µm) – que podem crescer e se reproduzir fora de células vivas de hospedeiros; • Devido ao seu tamanho e por não terem paredes celulares, passa por filtros bacterianos – já foram confundidos com vírus; • Suas membranas plasmáticas destacam-se por possuírem lipídeos denominados ESTERÓIS – ajudam a proteger a célula de lise osmótica. MEMBRANA CITOPLASMÁTICA NUCLEÓIDE ÁREA NUCLEAR – contém uma única molécula circular longa de DNA de fita dupla (cromossomo bacteriano) PLASMÍDEOS – elementos genéticos extracromossômicos (replicação independente) DNA Cromossomal – DNA circular – Super enrrolado. –Não há processamento de mRNA – A transcrição é ligada à tradução. RIBOSSOMOS INCLUSÕES Grânulos de POLISSACARÍDEOS FORMAÇÃO DE ESPOROS A- el ADN se duplica y enrolla alrededor del eje central (filamento axial) B- Uno de los cromosamas se rodea de membrana plasmática. C- el protoplasto es rodeado por la célula madre D- se sintetizan las cubiertas de la espora. E- se elimina agua, se forma estructura resistente al calor. F- se libera la espora por lisis de la célula madre. En B. subtilis 6-7 horas, 50 genes. ESTRUTURA DO ESPORO GERMINAÇÃO DE ENDÓSPOROS REPRODUÇÃO REPRODUÇÃO ASSEXUADA – DIVISÃO BINÁRIA OU CISSIPARIDADE TRANSFERÊNCIA GÊNICA CONJUGAÇÃO •Transferência de DNA diretamente de uma bactéria doadora para uma receptora através de um tubo denominado PILI SEXUAL (conecta o citoplasma de duas bactérias); • Os pili estão presentes apenas em bactérias F+ (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- TRANSFERÊNCIA GÊNICA TRANSDUÇÃO • Transferência indireta de segmentos de moléculas de DNA de uma bactéria para outra, através de bacteriófagos; • Estes podem eventualmente incorporar pedaços do DNA bacteriano, e ao infectar outra bactéria, podem transmitir a ela os genes bacterianos que transportavam. TRANSFERÊNCIA GÊNICA TRANSFORMAÇÃO • 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. ARCHAEA Microrganismos isolados a partir de uma série de ambientes considerados extremamente inóspitos, quase que incompatíveis com a presença de seres vivos; • • • • Temperaturas bastante elevadas (< 100°C), extrema acidez (pH próximo a 2), altas salinidades (cerca de 10 a 15%) ausência completa de oxigênio Árvore filogenética do domínio Archaea Filo Crenarchaeota • Composto por organismos hipertermófilos (Thermoproteus, Pyrolobus e Pyrodictium), compreendendo os organismos capazes de crescer nas maiores temperaturas conhecidas; • São, em sua maioria, quimiolitotróficos autotróficos; • Neste grupo há também organismos isolados (mas ainda não cultivados em laboratório) de ambientes frios, tais como águas oceânicas. Filo Euryarchaeota Filo fisiologicamente diverso, sendo composto por dois grupos: • 1) as archaea metanogênicas, que são anaeróbias, (Methanococcus, Methanobacterium e Methanosarcina), encontradas em ambientes de condições extremas; • 2) as halofílicas extremas, que são aeróbias (Halobacterium, Halococcus). Filo Korarchaeota • Composto quase que somente por isolados identificados apenas a partir do sequenciamento de 16S rRNA, sendo considerado um grupo de hipertermófilos; • Até o momento, poucos espécimes de Korarchaeota foram cultivados em laboratório. Nanoarchaeum equitans • Nova espécie de archaea apresentando características bastante distintas, quando comparada aos demais membros desse domínio; • Encontrada em associação com outra archaea (Igniococcus sp.); • Morfologia arredondada e bastante diminuto, apresentando cerca de 400 nm de diâmetro e um pequeno genoma, de 0,5 Megabases; • Sugere-se que tal organismo seja classificado em um novo filo, proposto como Nanoarchaeota ESTRUTURA CELULAR DAS ARCHAEA • Podem ser esféricas, bacilares, espiraladas, achatadas, quadradas, discóides e muitas vezes de morfologia irregular ou pleomórficas; • Suas dimensões são extremamente variáveis, de 0,1 a 15 µm, com alguns filamentosos atingindo 200 µm. PAREDE CELULAR • Apresenta composição e estruturação extremamente variáveis; • Esta variabilidade sugere que o ancestral comum seria desprovido de parede, sendo as diversas paredes resultantes de evolução independente, de acordo com os diferentes ambientes e grupos de archaea. Diferentes composições de parede celular presentes em Archaea. MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Corresponde a uma estrutura única, apresentando composição química e arranjo totalmente diferentes das membranas citoplasmáticas de quase todas as bactérias e de todos eucariotos. MEMBRANA BACTERIA ARCHAEA EUCARYA PROTEÍNAS alto alto Baixo COMPOSIÇÃO LIPIDEOS Fosfolipídeos Sulfolipídeos, glicolipídeos, hidrocarbonetos ramificados, isoprenoides, fosfolipídeos Fosfolipídeos ESTRUTURA LIPIDEOS Cadeia linear Cadeia ramificada Cadeia linear LIGAÇÃO LIPIDEOS éster éter (di e tetraeter) éster CROMOSSOMO • Semelhante ao cromossomo das eubactérias, uma vez que é único e, na maioria dos casos, circular; • Por outro lado, sua organização é semelhante aos eucariotos, uma vez que observam-se proteínas (do tipo histona) associando-se ao DNA, atuando na manutenção da estrutura e afetando também a expressão gênica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • ATLAS, R.M. Principles of Microbiology. 2a. ed.Wm. C. Brown Publishers, Dubuque, EUA. 1298p., 1997. • MADIGAN, M.T., MARTINKO, J.M., PARKER, J. Microbiologia de Brock. São Paulo: Prentice Hall, 2004. • TORTORA, G.J., FUNKE, B.R., CASE, C.L. Microbiologia. Porto Alegre: Artmed, 2000.
