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Procariotos: Estrutura e função Microbiologia Geral MIP 7013 Prof. Admir J. Giachini.

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1 Procariotos: Estrutura e função Microbiologia Geral MIP 7013 Prof. Admir J. Giachini

2 Com base em comparações de sequências do rRNA (16S, 23S): Três Domínios (Super-reinos) Bacteria Archaea Eukarya Procariotos (Woese, 1977) Madigan et al., Introdução 2

3 PropriedadeProcariotosEucariotos Domínios Bacteria e ArchaeaEukarya: algas, fungos, protozoários, plantas e animais Estrutura e função do núcleo Membrana nuclear ausentepresente DNA Molécula única, sem histonas, plasmídeos freqüentesPresente em vários cromossomos, geralmente com histonas DivisãoSem meioseMeiose, aparelho meiótico com fuso microtubular Reprodução sexuadaProcesso 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 esteróisEsteróis geralmente presentes Membranas internasRelativamente simples, restritas a poucos gruposComplexas, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi Ribossomos 70 S80 S, exceto para os ribossomos, mitocôndrias e cloroplastos (70S) Organelas membranosas AusentesVárias Sistema respiratório Parte da membrana citoplasmáticaNas mitocôndrias Pigmentos fotossintetizantes Na membrana interna de clorossomas, cloroplastos ausentesEm 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 flagelarFlagelos 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 flagelarDeslizamento; ou através das vesículas de gásCorrentes citoplasmáticas e movimento amebóide; deslizante MicrotúbulosausentesComuns, presentes em flagelos, cílios, corpos basais, fuso mitótico, centríolos Tamanho Geralmente menores que 2 m de diâmetroGeralmente 2 a mais de 100 m de diâmetro 3

4 Célula procariótica x eucariótica 4 Celula procariótica Celula eucariótica

5 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 3 m 1 m Thiomargarita namibiensis : 750 m !! 5

6 ou 0,2 mm ou 0,0002 mm ou 0,00006 mm 0,00002 mm 0,00009 mm 0,0002 mm 0,0015 mm 6

7 * Nutrientes e dejetos são transportados para dentro e fora da célula via membrana citoplasmática. * A velocidade desse transporte determina a velocidade metabólica e, portanto, a velocidade de crescimento das células * Quanto menor o tamanho, maior é a relação entre a área superficial da membrana em relação ao volume e, portanto, maior é o potencial de crescimento. Relação superfície/volume Madigan et al.,

8 Cocos ( Neisseria ) Bacilos ( Halobacterium / Salmonella ) Vibrião ( Bdellovibrio ) Morfologia dos procariotos Vibrião 8 Formas mais básicas e comuns

9 Espirilo ( Spirillum )Espiroqueta ( Leptospira ) Pedunculada ( Rhodomicrobium ) Morfologia dos procariotos 9

10 Cianobactérias ( Chondromyces ) ( Myxococcus ) Mixobactérias 10

11 Arranjos: –agrupamentos de indivíduos após a divisão –seguem um padrão uniforme –significado para a identificação 2. Morfologia dos procariotos 11

12 Morfologia dos procariotos: arranjos Arranjos de bacilos Arranjos de cocos 12 Methanosarcina Deinococcus

13 3.1. Parede celular Envoltório rígido, que é responsável pela forma da célula Domínio Bacteria a) componente principal: peptideoglicano (> 100 tipos) * açúcares aminados: N-acetilglicosamina Ácido N-acetilmurâmico * aminoácidos (formas D e L): tetrapeptídeos 3. Estrutura da célula procariótica 13

14 Estrutura da célula procariótica Madigan et al., 2010 Tetrapeptídeo glicano 14

15 Estrutura da célula procariótica Madigan et al., 2010 Y X ligações peptídicas ligações glicosídicas 15

16 3. Estrutura da célula procariótica 16 até 90% 20 camadas até 10% 1-2 camadas

17 b) membrana externa de bactérias Gram negativas (camada LPS ou lipopolissacarídica), camada dupla, composta de: 3. Estrutura da célula procariótica 17 Madigan et al., 2010

18 Domínio Archaea * paredes de composição variável * sem peptideoglicano * algumas são Gram +, outras Gram - * pseudopeptideoglicano 3. Estrutura da célula procariótica 18

19 Pseudopeptideoglicano em algumas Archaea metanogênicas PSEUDOMUREÍNA Madigan et al., 2010 PEPTIDEOGLICANO N-acetilglicosamina N-acetilalosaminurônico aa estereoisômeros L 19

20 3. Estrutura da célula procariótica 3.2. Membrana plasmática * barreira física, vital para a células * espessura aproximada de 8 nm * composição química Domínio Bacteria * bicamada contendo hopanóides ( esteróis, resistência) * menos rígida que em eucariotos Domínio Archaea: composição variável * monocada com ligações éter 20

21 3. Estrutura da célula procariótica 21

22 Madigan et al., nm 22

23 3. Estrutura da célula procariótica 3.2. Membrana plasmática * barreira física, vital para a células * espessura aproximada de 8 nm * composição química Domínio Bacteria * bicamada contendo hopanóides ( esteróis, resistência) * menos rígida que em eucariotos Domínio Archaea: composição variável * monocada com ligações éter 23

24 Comparação entre os lipídeos de Archaea e Bacteria Madigan et al.,

25 Funções da membrana a) permeabilidade * permeável à água e a substâncias de baixo PM * não permeável a moléculas com cargas: aminoácidos, ácidos orgânicos, 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 25

26 Comparação entre os lipídeos de Archaea e Bacteria Madigan et al.,

27 Funções da membrana a) permeabilidade * permeável à água e a substâncias de baixo PM * não permeável a moléculas com cargas: aminoácidos, ácidos orgânicos, 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 27

28 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 Hemophilus influenzae: 1,83 Mb Mycoplasma genitalium: 0,58 Mb * bactérias em crescimento ativo podem conter várias cópias * haplóides: facilidade de adaptação 3. Estrutura da célula procariótica 28

29 3. Estrutura da célula procariótica 29

30 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 Mb Mycoplasma 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 30

31 3.4. Ribossomos * 70 S * Subunidades: 50S + 30S * até por célula Bacterias e Archaeas têm ribossomos semelhantes (70S), mas diferentes na composição proteica 3. Estrutura da célula procariótica 50 S 30 S 31

32 3.5. Flagelos * apêndices longos e finos * helicoidais * 20 nm de diâmetro * distribuídos em número variável: A = monotríquio (polar) B = lofotríquio C = anfitríquio (polar) D = peritríquio 3. Estrutura da célula procariótica A B C D 32

33 3.5. Flagelos * proteína: flagelina, com subunidades dispostas helicoidalmente * estrutura: - corpo basal - gancho - filamento * movimento: rotação (até 200 rps rpm) * velocidade: m.s -1, média de 50 m.s -1, ou 10 corpos.s -1 * energia para movimento: força próton motiva 3. Estrutura da célula procariótica 33

34 Estrutura do flagelo em procariotos Madigan et al., 2010 Anel C 34

35 * quimiotaxia: controle do movimento - repelentes - atraentes * mecanismo: proteínas que sentem a presença de substâncias - resposta à concentração 3. Estrutura da célula procariótica 35

36 Outras formas de motilidade em procariotos Madigan et al., 2004 Membrana externa Membrana citoplasmática Movimento deslizante 36

37 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

38 3.10. 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 38

39 Endósporos de procariotos Madigan et al.,

40 Endósporos de procariotos 40


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