Procariotos: Estrutura e função

Microbiologia Geral

MIP 7013

Prof. Admir J. Giachini

Com base em comparações de sequências do rRNA (16S, 23S):

Três Domínios (Super-reinos)

BacteriaArchaeaEukarya

Procariotos

(Woese, 1977)

Madigan et al., 2004

1. Introdução

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Propriedade Procariotos Eucariotos

Domínios Bacteria e Archaea Eukarya: algas, fungos, protozoários, plantas e animais

Estrutura e função do núcleo

Membrana nuclear ausente presente

DNA Molécula única, sem histonas, plasmídeos freqüentes Presente em vários cromossomos, geralmente com histonas

Divisão Sem meiose Meiose, aparelho meiótico com fuso microtubular

Reprodução sexuada Processo fragmentário, sem meiose, apenas porções são montadas

Processo regular, ocorrência de meiose, remontagem do genoma inteiro

Estrutura e organização do citoplasma

Membrana citoplasmática

Geralmente sem esteróis Esteróis geralmente presentes

Membranas internas Relativamente simples, restritas a poucos grupos Complexas, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi

Ribossomos 70 S 80 S, exceto para os ribossomos, mitocôndrias e cloroplastos (70S)

Organelas membranosas

Ausentes Várias

Sistema respiratório Parte da membrana citoplasmática Nas mitocôndrias

Pigmentos fotossintetizantes

Na membrana interna de clorossomas, cloroplastos ausentes Em cloroplastos

Parede celular Presente (maioria), composta de peptidoglicano, outros polissacarídeos, proteínas e glicoproteínas

Presente em plantas, algas e fungos; ausente nos animais, na maioria dos protozoários; geralmente polissacarídica

Formas de motilidade

Movimento flagelar Flagelos de dimensões sub- microscópicas, cada um composto de uma fibra de dimensão molecular; rotação

Flagelos ou cílios; dimensões microscópicas; compostos de microtúbulos; sem rotação

Movimento não flagelar Deslizamento; ou através das vesículas de gás Correntes citoplasmáticas e movimento amebóide; deslizante

Microtúbulos ausentes Comuns, presentes em flagelos, cílios, corpos basais, fuso mitótico, centríolos

Tamanho Geralmente menores que 2 m de diâmetro Geralmente 2 a mais de 100 m de diâmetro

3

Célula procariótica x eucariótica

4

Celula procariótica

Celula eucariótica

Unidade de medida: m (micrômetro)

1 m = 0,001 mm (1/1000) ou 1000 m = 1 mm

Tamanho variável: 0,15 m 50 m (0,0015 mm – 0,05 mm)

Tamanho da célula procariótica

Escherichia coli: 1 x 3m

1 m

Thiomargarita namibiensis: 750 m !!5

ou 0,2 mm

ou 0,0002 mm

ou 0,00006 mm

0,00002 mm

0,00009 mm

0,0002 mm

0,0015 mm6

* Nutrientes e dejetos são transportados para dentro e fora da célulavia membrana citoplasmática.

* A velocidade desse transporte determina a velocidade metabólicae, portanto, a velocidade de crescimento das células

* Quanto menor o tamanho, maior é a relação entre a área superficialda membrana em relação ao volume e, portanto, maior é o potencial de crescimento.

Relação superfície/volume

Madigan et al., 20107

Cocos (Neisseria) Bacilos (Halobacterium/Salmonella)Vibrião (Bdellovibrio)

2. Morfologia dos procariotos

Vibrião

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Formas mais básicas e comuns

Espirilo (Spirillum)

Espiroqueta (Leptospira)

Pedunculada (Rhodomicrobium)

2. Morfologia dos procariotos

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2. Morfologia dos procariotos

Cianobactérias

(Chondromyces) (Myxococcus)

Mixobactérias10

• Arranjos:– agrupamentos de indivíduos após a divisão– seguem um padrão uniforme– significado para a identificação

2. Morfologia dos procariotos

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Morfologia dos procariotos: arranjos

Arranjos de bacilos

Arranjos de cocos

12MethanosarcinaDeinococcus

3.1. Parede celular

Envoltório rígido, que é responsável pela forma da célula

3.1.1. Domínio Bacteriaa) componente principal: peptideoglicano (> 100 tipos)

* açúcares aminados:N-acetilglicosaminaÁcido N-acetilmurâmico

* aminoácidos (formas “D” e “L”): tetrapeptídeos

3. Estrutura da célula procariótica

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Estrutura da célula procariótica

Madigan et al., 2010

Tetrapeptídeoglicano

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Estrutura da célula procariótica

Madigan et al., 2010

Y

X

liga

çõe

sp

ep

tíd

ica

s

ligaçõesglicosídicas

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3. Estrutura da célula procariótica

16

• até 90%• 20 camadas

• até 10%• 1-2 camadas

b) membrana externa de bactérias Gram negativas (camada LPS ou lipopolissacarídica), camada dupla, composta de:

3. Estrutura da célula procariótica

17Madigan et al., 2010

3.1.2. Domínio Archaea* paredes de composição variável* sem peptideoglicano - pseudopeptideoglicano* algumas são Gram+, outras Gram-

3. Estrutura da célula procariótica

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PSEUDOPEPTIDEOGLICANO (PSEUDOMUREÍNA)

ARCHAEA

Madigan et al., 2010

PEPTIDEOGLICANO

BACTERIA

N-acetilglicosamina

N-acetilalosaminurônico

aa estereoisômeros L

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3. Estrutura da célula procariótica

3.2. Membrana plasmática* barreira física, vital para a células* espessura aproximada de 8 nm * composição química: varia em função do organismo

3.2.1. Domínio Bacteria* bicamada contendo hopanóides ( esteróis, resistência)

* menos rígida que em eucariotos

3.2.2. Domínio Archaea: composição variável* monocamada com ligações éter

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3. Estrutura da célula procariótica

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Madigan et al., 2010

6-8

nm

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3. Estrutura da célula procariótica

3.2. Membrana plasmática* barreira física, vital para a células* espessura aproximada de 8 nm * composição química: varia em função do organismo

3.2.1. Domínio Bacteria* bicamada contendo hopanóides ( esteróis, resistência)

* menos rígida que em eucariotos

3.2.2. Domínio Archaea: composição variável* monocamada com ligações éter

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Comparação entre os lipídeos de Bacteria e Archaea

Madigan et al., 200424

3.2.3. Funções da membrana

a) permeabilidade * permeável à água e a substâncias de baixo PM * não permeável a moléculas com cargas: aminoácidos, ácidosorgânicos, sais, H+

b) transporte* proteínas de transporte* contra um gradiente de concentração* alta especificidade

c) produção de energia: sítio de geração e utilização da força próton motiva

3. Estrutura da célula procariótica

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3.3. Material genético em procariotos* molécula única de DNA circular, nua, intensamente dobrada,podendo expandir-se até 1 mm (bactéria típica mede poucos m)

* não associado com histonas (mas proteínas semelhantes a histonas podem estar presentes em algumas espécies)

* tamanho do genoma variável:E. coli: 4,7 MbHemophilus influenzae: 1,83 MbMycoplasma genitalium: 0,58 Mb

* bactérias em crescimento ativo podem conter várias cópias

* haplóides: facilidade de adaptação

3. Estrutura da célula procariótica

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3. Estrutura da célula procariótica

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3.3. Material genético em procariotos* molécula única de DNA circular, nua, intensamente dobrada,podendo expandir-se até 1 mm (bactéria típica mede poucos m)

* não associado com histonas (mas proteínas semelhantes a histonas podem estar presentes em algumas espécies)

* tamanho do genoma variável:E. coli: 4,7 Mb (1,000,000 de bases)Haemophilus influenzae (meningites): 1,83 MbMycoplasma genitalium (trato genital/respiratório): 0,58 Mb

* bactérias em crescimento ativo podem conter várias cópias

* haplóides: facilidade de adaptação

Célula humana: contém 1000 vezes mais DNA e sete vezes mais genes, com muitas regiões não codificadoras (junk DNA)

3. Estrutura da célula procariótica

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3.4. Ribossomos* 70 S* Subunidades: 50S + 30S* até 10.000 por célula

Bacterias e Archaeas têm ribossomossemelhantes (70S), mas diferentes na composição proteica

3. Estrutura da célula procariótica

50 S

30 S

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3.5. Flagelos* apêndices longos e finos

* helicoidais

* 20 nm de diâmetro* distribuídos em número variável:A = monotríquio (polar)B = lofotríquioC = anfitríquio (polar)D = peritríquio

3. Estrutura da célula procariótica

A

B

C

D

30

3.5. Flagelos* proteína: flagelina, com subunidades dispostas helicoidalmente

* estrutura:- corpo basal- gancho- filamento

* movimento: rotação (até 200 rps 12.000 rpm)* velocidade: 20-80m.s-1, média de 50 m.s-1, ou 10 corpos.s-1

* energia para movimento: força próton motiva

3. Estrutura da célula procariótica

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Estrutura do flagelo em procariotos

Madigan et al., 2010Anel C32

* quimiotaxia: controle do movimento- repelentes- atraentes

* mecanismo: proteínas que sentem a presença de substâncias

- resposta à concentração

3. Estrutura da célula procariótica

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Outras formas de motilidade em procariotos

Madigan et al., 2004

Membrana externa

Membrana citoplasmática

Movimento deslizante

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3.6. Pili e fímbrias

* fímbrias: adesão (várias unidades. célula-1)

* pili: mais longos (geralmente 1 unidade. célula-1)- Conjugação bacteriana- adesão em bactérias patogênicas

* composição: proteínas

Fímbrias

Flagelo

3. Estrutura da célula procariótica

3.7. Endósporos: estruturas de resistência

* encontrados em algumas Gram positivas: - Bacillus- Clostridium- Sporosarcina- Sporolactobacillus

* resistentes ao calor, radiações, ácidos, produtos químicos, lisozima

3. Estrutura da célula procariótica

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Endósporos de procariotos

Madigan et al., 2004

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Endósporos de procariotos

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