Procariotos: Estrutura e função

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

2 1. Introdução Com base em comparações de sequências do rRNA (16S, 23S): Três Domínios (Super-reinos) Bacteria Archaea Eukarya (Woese, 1977) Procariotos Madigan et al., 2004

3 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

4 Célula procariótica x eucariótica
Celula eucariótica Celula procariótica

5 Tamanho da célula procariótica
Unidade de medida: m (micrômetro) 1 m = 0,001 mm (1/1000) ou 1000 m = 1 mm Tamanho variável: 0,15 m m (0,0015 mm – 0,05 mm) Thiomargarita namibiensis:  750 m !! Escherichia coli: 1 x 3m 1 m

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

7 Relação superfície/volume
* 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., 2010

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

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

10 Morfologia dos procariotos
Cianobactérias (Chondromyces) (Myxococcus) Mixobactérias

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

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

13 3. Estrutura da célula procariótica
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

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

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

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

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

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

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

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

21 3. Estrutura da célula procariótica

22 6-8 nm Madigan et al., 2010

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

24 Comparação entre os lipídeos de Archaea e Bacteria
Madigan et al., 2004

25 3. Estrutura da célula procariótica
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

26 Comparação entre os lipídeos de Archaea e Bacteria
Madigan et al., 2004

27 3. Estrutura da célula procariótica
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

28 3. Estrutura da célula procariótica
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

29 3. Estrutura da célula procariótica

30 3. Estrutura da célula procariótica
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)

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

32 3. Estrutura da célula procariótica
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 C A D B

33 3. Estrutura da célula procariótica
3.5. Flagelos * proteína: flagelina, com subunidades dispostas helicoidalmente * estrutura: - corpo basal - gancho - filamento * movimento: rotação (até 200 rps  rpm) * velocidade: 20-80m.s-1, média de 50 m.s-1, ou 10 corpos.s-1 * energia para movimento: força próton motiva

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

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

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

37 3. Estrutura da célula procariótica
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 Flagelo Fímbrias

38 3. Estrutura da célula procariótica
3.10. Endósporos: estruturas de resistência * encontrados em algumas Gram positivas: - Bacillus - Clostridium - Sporosarcina - Sporolactobacillus * resistentes ao calor, radiações, ácidos, produtos químicos, lisozima

39 Endósporos de procariotos
Madigan et al., 2004

40 Endósporos de procariotos