bactérias e archaeas
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UNIVÉRTIX CURSO AGRONOMIA MICROBIOLOGIA DO SOLO BACTÉRIAS E ARCHAEAS Introdução Unicelulares Procariontes Habitam todos os solos Menores microrganismos do solo Maior capacidade metabólica Participam: da decomposição de matéria orgânica remediação de solos contaminados transformações biológicas de nutrientes minerais interações (plantas, animais e microrganismos) Biologia de Bactérias e Archaea Classificação Fenotípica Características comuns como: Morfológicas, fisiológicas, bioquímicas, antigênicas e ecológicas Grupos baseados em características fenotípicas (Holt, 1984-1989) Muito prático Não representa relação evolutiva entre procariotos Classificação Classificação Filogenética Relação evolutiva Difícil determinar parentesco filogenético baseado em características fenotípicas Woese et al. (1990): grupos baseados na sequência de genes de nucleotídeos de rRNA (16S nos procariontes e 18S nos eucariontes) Relaciona-se a distância das espécies similaridade das sequências de nucleotídeos pela Classificação Comparação da seqüência de rRNA Classificação Classificação Filogenética Bactérias e Archaea semelhantes morfologicamente, mas se diferem na: composição química; estrutura das enzimas chaves; determinados aspectos de fisiologia Estrutura e Função das Células Bacterianas Tamanho: mais adaptadas a mudanças ambientais Presença de uma rígida parede celular Apêndices superficiais Estruturas intracelulares: nutrientes Material nuclear: molécula simples de associadas a proteínas (sem envoltório nuclear) DNA Estrutura e Função das Células Bacterianas Esquema Bactéria Pilli Ribossomo Cápsula Parede Celular Flagelo Citoplasma Vacúolo Plasmídeo Membrana Plasmática DNA Estrutura e Função das Células Bacterianas Morfologia celular Variedade de Formas das Bactérias Estrutura e Função das Células Bacterianas - Morfologia celular Actinomicetos Talo → hifas Emaranhado de hifas: micélio Reprodução: esporangiósporos ou conídios Gram-positiva Fungos: semelhante morfologicamente distinguem pela parede com peptideoglicano, ribossomo 70S, ausência de envoltório celular, e sensibilidade a agentes anti-bacterianos Estrutura e Função das Células Bacterianas Envoltório Celular Membrana Citoplasmática: mais interna Parede Celular: mureína ou peptideoglicano Membrana externa: muitas das bactérias do solo, circunda a parede celular Quatro grupo de bactéria: - Gram positiva - Gram negativa - Micoplasmas (ausência de P.C. e M.E.) - Acid-fast (fina P.C. – M.E.) Estrutura e Função das Células Bacterianas Membrana Citoplasmática 2 camadas: fosfolipídeos e proteínas associadas Semipermeabilidade Transporte de nutrientes “Descarte” de produtos e certas enzimas Pequeno tamanho: absorvem nutrientes Maioria dos nutrientes: canais de proteínas pequenas moléculas transportadoras Água, O2, N2, CO2 lipossolúveis: difusão e Estrutura e Função das Células Bacterianas Transportes Através da membrana Permeases: transporte passivo (raro) Transporte ativo: hidrólise de ATP ou cotranportadores Moléculas grandes: enzimas transporte ativo ou permeases extracelulares – Estrutura e Função das Células Bacterianas Membrana Citoplasmática Transporte de proteínas e lipídeos: fosforilação oxidativa – síntese de ATP e geração de H+ Proteína sensora: detectar e responder a mudanças ambientais, sinais químicos, temperatura, pH Proteína reguladora: sensora - reguladora: movimento celular, metabolismo, osmorregulação, transporte, esporulação Estrutura e Função das Células Bacterianas Parede celular Peptideoglicano: polissacarídeo e peptídeo Rigidez Presença de poros Água, pequenas moléculas e íons Proteção contra lise e tamanho celular [nutrientes] maior dentro da célula: pressão Estrutura e Função das Células Bacterianas Parede celular Gram-positivas: várias camadas peptideoglicano Ácido teicóico e lipoteicóicos: reconhecimento e ligação, carga negativa Gram-negativas:poucas camadas peptideoglicano Maior flexibilidade, menor resistência ao estresse físico Ausência de ácido teicóico e lipoteicóico Gram + Gram - Estrutura e Função das Células Bacterianas Membrana Externa Parte externa:lipopolissacarídeos/fosfolipídeos Polissacarídeos: projeções externas com cargas negativas Gram-negativas: interagem com cátions bactéria-partículas solo reconhecimento de plantas Porinas: água, pequenas moléculas e íons Estrutura e Função das Células Bacterianas Periplasma Preenche espaço: membrana citoplasmática e membrana externa Alta concentração protéica: “gel” Proteínas: catalizam orgânicas, facilita hidrólise de substâncias movimento de nutrientes, hidrólise de substâncias tóxicas, catalizam reações síntese de peptideoglicanos Estrutura e Função das Células Bacterianas Nucleóide Cromossomo bacteriano Dupla fita de DNA: codifica a maioria das informações genéticas da célula Estruturas associadas Proteínas catalíticas replicação e transcrição do DNA Ligado a membrana citoplasmática em 1 ou + sítios Estrutura e Função das Células Bacterianas Nucleóide Ausência de envelope nuclear Cromossomo: informações para crescimento e reprodução Plasmídeo: molécula DNA adicional circulares, menos informações, genes de características específicas (resistência antibióticos ou substâncias tóxicas) replicação independente – várias cópias Estrutura e Função das Células Bacterianas Ribossomos Presentes no citoplasma rRNA e proteínas Traduz mRNA e transcreve em proteína Polissomos (mRNA e ribossomos): proteína Menores que de eucariotos Bactérias: 70S síntese de Estrutura e Função das Células Bacterianas Inclusões Armazenamento de grânulos: mais comum bactéria solo:excesso de nutrientes no ambiente Excesso de carbono: glicogênio, polímeros de glicose ou lipídeo Excesso de fósforo: grânulos de polifosfato metacromáticos Grânulos enxofre:fonte de energia em baixa [S] red Estrutura e Função das Células Bacterianas Estruturas superficiais Camada de polissacarídeos ou glicoproteínas: cobrem superfície da célula bacteriana Camada fina a espessa: espécie de bactéria, disponibilidade e tipo de nutrientes no solo Reduz a perda de água por evaporação Protege a bactéria de fagocitose Estabilidade de agregados Formação de biofilmes Estrutura e Função das Células Bacterianas Estruturas superficiais Pili ou fímbrias: apêndices “capilares” ancorado no envelope celular se estendendo para fora da célula Gram-positivas e negativas Plasmídeo: codifica pili sexual usado na conjugação Pili: reconhecimento com outros microorganismos ou plantas – ligação específica: composição química varia entre bactérias Estrutura e Função das Células Bacterianas Estruturas superficiais Flagelo: movimentação bacteriana – movem para locais mais favoráveis número variável entre as espécies Flagelos:”ancorados” no envelope celular, se estendem para fora da superfície celular Espiroquetas: entre a parede celular membrana externa Umidade do solo: mobilidade por flagelos (?) e Características únicas de Archaea Distantes filogeneticamente das bactérias Capacidade metabólica única Habitam ambientes extremos, não tolerados por outros organismos Ausência de peptideoglicano na parede celular Espessa e homogênea com polímeros de pseudo mureína ou heteropolissacarídeos Fina – proteínas ou glicoproteínas Características únicas de Archaea Composição química (lípideos de membrana) hidrocarbonetos ligados a glicerol bactérias e eucariotos: fosfolipídeos – ácidos gordurosos ligados a glicerol Composição química da membrana: sobrevivência em ambientes extremos Cromossomos com histonas: “fecham” o DNA em uma conformação eucarióticos similar a cromossomos Estratégias Nutricionais » Estratégias Nutricionais A maioria é heterotrófica e alguns são capazes de trocar de estratégia de acordo com ambiente Macronutrientes primários: C, N, P, S. Macronutrientes secundários: K, Ca, Na e Mg. Nutrientes orgânicos - fatores de crescimento: aa, bases nitrogenadas, vit., etc. Entre os heterotróficos a maioria é saprófita Estratégias Nutricionais Quadro 1. Grupos majoritários de Bactérias e Archaeas do solo Classificação Fonte de Carbono nutricional (C) e energia (E) Quimioheterotróficos C: comp. orgânicos E: comp. orgânicos Fotoautotróficos C: CO2 E: Luz C: CO2 Quimioautotróficos E: comp. inorgânicos Grupos Saprófitas, maioria das bactérias simbióticas. Cyanobactérias, bactérias verdes e púrpuras. Bactérias nitrificantes, oxidantes do enxofre e do hidrogênio. Estratégias Nutricionais Quadro 2. Requerimentos de O2 e tipos de metabolismo de Bactérias e Archaeas. Requerimento de O2 Aeróbios Anaeróbios facultativos Anaeróbios obrigatórios Tipo de metabolismo Respiração aeróbica Respiração anaeróbica Fermentação Respiração anaeróbica Anaeróbios Fermentação aerotolerantes Aceptor de ē Produto reduzido O2 H2O NO3- ou NO2- N2, N2O, NO NO3Fumarato Comp. Orgânicos NO2Succinato Ac. Orgânicos, álcool, etc. H2S SO42CO2 CO2 Comp. Orgânicos CH3COOH CH4 Ac. Orgânicos, álcool » Distribuição e Abundância Distribuição e Abundância A população no solo pode chegar de 108 a 1010 UFC/g de solo, ou ainda maior na rizosfera. Bactérias e Archaeas têm uma excepcional variedade de adaptações que os permitem sobreviver e crescer em ambientes que outros não toleram. Distribuição e Abundância Quadro 3. Classes térmicas de organismos e relação da temperatura com as taxas de crescimento. As temperaturas ótimas de cada classe de organismo encontram-se exemplificadas no gráfico. Distribuição e Abundância Quadro 4. Efeito da concentração do íon Na no crescimento de microrganismos com diferentes tolerâncias ou necessidades de sal. A concentração ótima de NaCl pode chegar a 30%. Muitas bactérias de solo podem tolerar pH < 5,0; Actinomicetos predominam em solos alcalinos. Transformações de Nutrientes » Transformações de Nutrientes Mediadas por Bactérias e Archaeas A velocidade de decomposição maior em condições aeróbicas -> maior eficiência energética A fermentação pode ser desejável em certas circunstâncias: estabilização da matéria orgânica e redução no número de patógenos em biosólidos ERROR: ioerror OFFENDING COMMAND: image STACK:
