Estrutura das células procarióticas

Universidade Federal de Pelotas
Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel
Departamento de Ciência e Tecnologia Agroindustrial
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de
Alimentos
Bacteriologia
Maio 2015
1
Cronograma
DATA
05/05
CONTEÚDO
Taxonomia bacteriana
Estrutura das células procarióticas MARCIA
TURNO
T
07/05
Metabolismo Bacteriano - MASSAKO
T
13/05
Metabolismo Bacteriano - MASSAKO
T
14/05
Multiplicação Bacteriana - MARCIA
T
19/05
Genética Bacteriana - MARCIA
T
26/05
I PROVA
T
28/05
Meios de cultivo e de identificação bacteriana - SIMONE
T
02/06
Controle de Micro-organismos - MARCIA
T
09/06
Estratégias de sobrevivência bacteriana - GREICI
T
11/06
Interação Bactéria-hospedeiro Parte 1- WLADIMIR
T
16/06
Interação Bactéria-hospedeiro Parte 2- WLADIMIR
T
23/06
II PROVA
T
LOCAL
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
DCTA
Sala 711
HORÁRIO
14:15h
14:15h
14:15h
14:15h
14:15h
14:15h
14:15h
14:15h
14:15h
14:15h
14:15h
14:15h
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Universidade Federal de Pelotas
Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel
Departamento de Ciência e Tecnologia Agroindustrial
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de
Alimentos
Taxonomia bacteriana
Estruturas das células procarióticas
Marcia Magalhães Mata
Maio 2015
3
Microbiologia
Minúsculos seres vivos
Muito pequenos para serem vistos a olho nu
Doenças graves X Infecções X Alimentos estragados
Bactérias
Fungos
Protozoários
Algas microscópicas
Vírus
4
Microbiologia
o
o
o
o
o
o
o
Produção produtos fármacos
Utilização de enzimas
Manutenção ecossistemas: fixação de N
Biorremediação ambiental
Processos vitais dos ciclos geoquímicos
Controle de pragas e doenças
Indústria de alimentos: vinagre, bebidas alcoólicas, queijos,
iogurtes, pão
o Biocombustíveis
o Criação de animais
o Biotecnologia
5
Microbiologia
o Doenças
o Benefícios: antibióticos (Streptomyces griseus)
biorremediação (Pseudomonas spp. e Bacillus spp.)
controle de pragas (Bacillus thuringiensis)
iogurte (Streptococcus thermophilus e Lactobacillus
bulgaricus)
6
Microbiologia
o Primitivos
o Metabolismo
o Evolução
o Classificação básica: patogênicos
deteriorantes
benéficos
oportunistas
7
Microbiologia
o Antes da invenção do microscópio, os micro-organismos
eram desconhecidos
o Mortes causas desconhecidas, deterioração alimentos,
doenças (vacinas e antibióticos)
8
Microbiologia
o 1665- Robert Hooke – 1º microscópio
Teoria celular: Célula como Unidade Básica da Vida
o Antonie van Leeuwenhoek – observou m.o vivos através de lentes de aumento
“Animálculos” (200x)
o Após a descoberta destes m.o invisíveis, houve um interesse por parte dos
cientistas em descobrir as origens dessas minúsculas “coisas” vivas.
9
Microbiologia
o Séc. XIX - Geração espontânea: algumas formas de vida poderiam surgir da
matéria morta
o 1858 – Biogênese: células vivas só poderiam surgir a partir de células vivas
pré- existentes (Rudolf Virchow).
10
Microbiologia
o Louis Pausteur 1861 – Biogênese
1857 – Fermentação
1864 – Pasteurização
o Relação de danificação de alimentos e micro-organismos
o Doenças e micro-organismos
o TEORIA DO GERME DA DOENÇA
o 1857- 1914: Idade ouro da microbiologia: levaram a microbiologia como
ciência
o Vacinas, quimioterapia
o Base descobertas séc. XX (tecnologia do DNA recombinante)
11
Microbiologia
Estudo das bactérias
É a ciência que estuda a morfologia, ecologia,
genética e bioquímica das bactérias
van Leeuwenhoek (animálculos)
São descobertas regularmente
Papel nos alimentos e ambiente
Simples
Unicelulares
Não apresentam núcleo
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Microbiologia
o Micologia e Parasitologia
o ‘Era de ouro da classificação’
o Avanços na genômica
o Classificar as bactérias de acordo com suas relações
genéticas com outras bactérias, fungos e protozoários
o Antes: características visíveis
o Biologia molecular: novas ideias na classificação e evolução
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Taxonomia bacteriana
o Objetivos: classificar organismos vivos - ordenar a grande diversidade
biológica dos seres vivos. Estabelecer relação entre um grupo e outro de
organismos e diferenciá-los
o Existem por volta de 100 milhões de organismos diferentes e menos de
10% desses foram descobertos, e muito menos, classificados e
identificados – 1,5 milhões de organismos identificados
o Projeto (2001) visa identificar todas as espécies de vida na Terra em 25
anos
o Ferramenta básica e necessária para os cientistas e fornece uma
linguagem universal de comunicação
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Taxonomia bacteriana
o Abrange três áreas inter-relacionadas:
-Classificação
-Identificação
-Nomenclatura
15
Taxonomia bacteriana
o Aristóteles: os organismos eram caracterizados em duas formas:
plantas ou animais
o 1735 - Carolus Linnnaeus apresentou a forma formal: Plantae e
Animalia
o Biólogos procuraram sistema de classificação natural, baseado nas
relações ancestrais e que nos permitisse ver a organização da vida
o Com a microscopia eletrônica, as diferenças entre as células ficaram
aparentes
o Termo procaríótico foi introduzido em 1937 para distinguir células sem
núcleo de células animais e de plantas
o 1969 - sistema 5 reinos (4 eucarióticos e 1 procariótico)
o 1978 - Carl Woese estabeleceu 3 domínios: 3 tipos de células
16
Taxonomia bacteriana
Taxonomia lineana
Pesquisas para um sistema de classificação
natural que reflita as relações filogenéticas
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Taxonomia bacteriana
Razões para a classificação
o Estabelecer critérios para identificar os organismos
o Agrupar os organismos relacionados
o Fornecer informações importantes sobre evolução
18
Taxonomia bacteriana
o CATEGORIAS TAXONÔMICAS – TAXON
mostrar o grau de similaridade
relacionados: evolução
o São vários níveis de classificação taxonômica e
os níveis são hierárquicos: refletem relações
evolutivas ou filogenéticas
o SISTEMÁTICA ou FILOGENIA: estudo da
história evolucionária dos organismos
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Taxonomia bacteriana
Toda forma de vida pode ser enquadrada taxonomicamente
em um dos três domínios:
Eucarya
Bacteria
Archaea
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Taxonomia bacteriana
3 domínios de seres vivos baseado Carl Woese
Eucarya
Bacteria
Cianobactérias,
micoplasmas, G+, G-
Plantas, animais, fungos,
protozoários, microalgas
Archaea
Metanogênicos,
halofílicos extremos,
termofílicos
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Taxonomia bacteriana
22
Taxonomia bacteriana
3 domínios diferem:
o
o
o
o
RNAr
RNAt
Estrutura membranas lipídicas
Sensibilidade à antibióticos
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Taxonomia bacteriana
o Características fenotípicas
- Morfológicas (G+)
- Fisiológicas (flagelos)
- Metabólicas (enzimas)
o Características genotípicas
- Análise proteica
- Análise de RNA
- Análise de DNA
Não são estáveis!
São sensíveis a determinadas
condições!
São expressas!
São mais estáveis!
Reclassificação através da
transcriptônica, genômica!
24
Taxonomia bacteriana
Problemas /Limitações
A taxonomia bacteriana utilizada atualmente é na sua maior
parte baseada em testes bioquímicos fenotípicos, cujo poder
discriminatório nem sempre é satisfatório
25
Taxonomia bacteriana
o Sistema binomial
Listeria monocytogenes
Escherichia coli
Staphylococccus aureus
o Abreviações
Staphy. aureus
Staphylococccus a.
S. aureus
Salmonella Enteritidis
gênero
sorovar
Salmonella enterica subs.
enterica sorovar Enteritidis
o Quando não se sabe ou se quer especificar a espécie
Escherichia spp. (todas as espécies)
Escherichia sp. (uma espécie)
26
Taxonomia bacteriana
o Sistema binomial permite compartilhamento de forma eficiente e
exata
o Para cada reino existe um código internacional
o O esquema de classificação taxonômica para procariotos é encontrado no Bergey’s
Manual of Systematic Bacteriology
o 2 domínios: Bacteria/Archaea
o Domínio> filo>classe>ordem>família>gêneros>espécies
o A classificação se baseia nas semelhanças das sequências do RNAr
o Uma espécie procariótica é definida como uma população de células com
características similares: são semelhantes entre si
o Células eucarióticas são organismos relacionados que podem cruzar entre si
o Bergey’s Manual fornece uma referência : identificação de bactérias no laboratório
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa esquema de classificação para bactérias
27
Taxonomia bacteriana
28
Estrutura das células procarióticas
29
Estrutura das células procarióticas
30
Estrutura das células procarióticas
Unicelulares
DNA circular no citoplasma sem
envoltório – nucleóide
DNA:
Cromossomal: único, características
vitais para a célula
Plasmidial: DNA extracromossomal,
conferem vantagens para a célula,
nem todas bactérias possuem
Citoplasma: somente ribossomos
Parede celular rígida
Reprodução assexuada: divisão
binária
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Estrutura das células procarióticas
Pluricelulares
DNA com envoltório: núcleo
DNA:
Núcleo
Mitocôndria
Citoplasma: várias organelas
Parede celular presente nos fungos
Reprodução na maioria dos casos
sexuada
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Estrutura das células procarióticas
33
Estrutura das células procarióticas
0,2 – 2 µm diâmetro
2 – 8 µm comprimento
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Estrutura das células procarióticas
Coco
Bacilo
• Stella
• Arquibactérias halofílicas
Espiral
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Estrutura das células procarióticas
* Plano de divisão
Coco
Estreptococos
Diplococos
Tétrades
Cubos
Estafilococos
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Estrutura das células procarióticas
Coco
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Estrutura das células procarióticas
Bacilo
Bacilo único
Diplobacilo
Estreptobacilos
Cocobacilos
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Estrutura das células procarióticas
Bacilo
39
Estrutura das células procarióticas
Espiral
Bactérias espiraladas
geralmente não se
agrupam
Vibrio
Espiroquetas
(filamentos axiais)
Espirilos
(flagelos)
40
Estrutura das células procarióticas
1- Glicocálice (cápsula e camada limosa – PC)
2- Flagelos (MP – PC)
3- Filamentos axiais, endoflagelos ou flagelos periplasmáticos
(espiroquetas – movimento helicoidal)
4- Fímbrias (adesão, colonização)
5- Pili (transferência de DNA: conjugação)
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Estrutura das células procarióticas
o Revestimento de polissacarídeos e polipeptídeos (consistência
viscosa e gelatinosa)
o Hospedeiro X meio ambiente
Hospedeiro- Fator de Virulência
Micro-organismo – Proteção
o Cápsula: bem aderida a PC
o Camada limosa: menos aderida, menos densa
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Estrutura das células procarióticas
FUNÇÕES
o PROTEÇÃO
o Ligação com as células do hospedeiro ou em ambientes
diversos(adesinas)
o Fator de virulência por dificultar a fagocitose (impede ação do
sistema complemento C3b)
o Aumenta a resistência ao dessecamento: armazena água
o Fonte de nutrientes
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Estrutura das células procarióticas
Atríquia
Monotríquia
Anfitríquia
Lofotríquia
Peritríquia
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Estrutura das células procarióticas
Fator Virulência
3 partes:
Filamento- flagelina
Gancho ou alça
Corpo basal (componentes reguladores)
45
Estrutura das células procarióticas
Corpo basal
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Estrutura das células procarióticas
Funções dos flagelos
o Movimento
Motilidade (taxia)
Quimiotaxia (galactose, ribose, oxigênio)
Fototaxia (luz)
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Estrutura das células procarióticas
UTILIZAÇÃO EM MICROBIOLOGIA
o Identificação bacteriana (proteínas
flagelares)
TESTE DE MOTILIDADE
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Estrutura das células procarióticas
UTILIZAÇÃO EM MICROBIOLOGIA
o Identificação bacteriana
SOROTIPAGEM (Antígeno H)
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Estrutura das células procarióticas
o Feixes de Fibrila
Movimento saca-rolha
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Estrutura das células procarióticas
o Ocorrem nos pólos ou dispostos na célula bacteriana
o Bactérias Gram-negativas
o Função: adesão – colonização
Fator de Virulência
X
Patogenicidade
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Estrutura das células procarióticas
o Mais longos que as fímbrias (1 ou 2 por célula)
o Estruturas usadas na transferência de DNA – conjugação
o Pili F (transferência de plasmídeos)
Pili ≠ Fímbrias
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Parede celular
Composta por uma rede macromolecular
denominada peptideoglicana ou mureína
Funções
 Forma da célula
Proteger a célula de rupturas
Além disso:
 Local de ação de alguns antibióticos (penicilina)
 Diferenciação de bactérias: coloração de Gram
Parede celular de bactérias gram-positivas
Muitas camadas de peptideoglicana
Contém ácido teicóico – álcool + fosfato
Ácidos teicóicos
2 tipos
Ácido lipoteicóico:
atravessa a camada de
peptideoglicana e
ancora na membrana
plasmática
Ácido teicóico de
parede: ligado à
peptideoglicana
Funções dos ácidos teicóicos
Regular o movimento de cátions para dentro e
para fora da célula
carga negativa
Grupo fosfato
Dão resistência a parede celular, impedindo lise
Apresentam antigenicidade: marcadores
Antígenos O
Parede celular de bactérias gram-negativas

Somente
uma
ou
poucas
peptideoglicana
 Apresenta membrana externa
 Peptideoglicana: fica no periplasma
camadas
45-50% G+
5% G-
de
Fosfolipídica
“Membrana” Externa de gram-negativos
- Fosfolipídeos
- Proteínas
- Lipídeos
- Polissacarídeos
- Lipoproteínas
Funções da “Membrana” Externa de gramnegativos
 Maior rigidez a parede celular
 Participa do processo de nutrição: canais de
passagem
LPS
Antígeno O
Endotoxina
 Evasão a fagocitose
Carga
Negativa
COLORAÇÃO DE GRAM
Membrana Plasmática
Membrana Plasmática
Composição química:
- proteínas;
- lipídeos;
- açúcares ;
 Bicamada lipídica, associada com moléculas de proteínas
 Proteínas: várias funções
 Fosfolipídios: formar uma estrutura de “mosaico fluido”
Funções
 Limitar o meio interno e
o meio externo
 Manter estável o meio intracelular
TRANSPORTE: regular a
passagem de água,
moléculas e elementos
 Manter a diferença
de potencial iônico
Fosforilação oxidativa- O2 aceptor de e-
TRANSPORTE DE COMPOSTOS
Transporte passivo - Difusão simples
Transporte passivo - Difusão facilitada
 Certas substâncias entram na célula a favor do gradiente de
concentração e sem gasto energético, mas com uma
velocidade maior do que a permitida pela difusão simples:
glicose, alguns aminoácidos e certas vitaminas (proteínas
de membrana).
Transporte ativo
Espaço periplasmático
Hidrolisam os nutrientes que
entram!!
Gram-negativas
Citoplasma
“Em qualquer célula, o citoplasma tem em torno de 80% de água,
ácido nucleicos, proteínas, carboidratos, lipídeos, íons inorgânicos,
compostos de baixo peso molecular e partículas com várias
funções. Esse fluido denso é o sítio de muitas reações químicas”
Citoplasma
• Área nuclear
• Inclusões
• Ribossomos
Citoplasma – Área nuclear
• Nucleóide
Ausência de membrana
nuclear
• Cromossomo bacteriano
DNA, pouco RNA e proteínas
associadas
• Plasmídeos
DNA circular
Citoplasma – Ribossomos
 Abundantes no citoplasma bacteriano
 Agrupados em cadeias – polirribossomos
 Composição – RNA e proteínas
Ribossomos 70S (30S + 50S)
Coeficiente de sedimentação
Unidades Svedberg (S)
Medida da velocidade
de sedimentação
Citoplasma - inclusões
DEPÓSITOS DE RESERVA
DE NUTRIENTES
• Grânulos
metacromáticos
• Grânulos
polissacarídicos
• Inclusões lipídicas
• Grânulos de enxofre
• Vacúolos de gás
Endosporos
Gêneros
Clostridium e Bacillus
Importância em alimentos
Método de sobrevivência
Obrigada