Estrutura e função da célula procariótica

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1 Estrutura e função da célula procariótica

2 Origem: 3,8 a 3,5 bilhões de anos (condições anoxigênicas)
1. Introdução Origem: 3,8 a 3,5 bilhões de anos (condições anoxigênicas)

3 Com base em comparações de sequências do rRNA (16S, 23S):
Três Domínios (Super-reinos) Bacteria Archae Eucarya (Woese, 1977) Procariotos

4 Propriedade Procariotos Eucariotos Domínios Bacteria e Archae
Eukarya: algas, fungos, protozoários, plantas e animais Estrutura e função do núcleo Membrana nuclear ausente presente Nucléolo DNA Molécula única, sem histonas, plasmídeos freqüentes Presente em vários cromossomos, geralmente com histonas Divisão Sem mitose Mitose, aparelho mitótico 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 das 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 e 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

5 Célula procariótica x eucariótica

6 Tamanho da célula procariótica
Unidade de medida: m (micrômetro) Tamanho variável: 0,1-0,2 50 m Escherichia coli: 1 x 3m Thiomargarita namibiensis:  700 m !! (1999)

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8 Relação superfície/volume
Procariotos são pequenos e, por essa razão: Nutrientes e dejetos são transportados para dentro e fora da célula via membrana citoplasmática. A velocidade desse transporte determina a velocidade metabólica - Quanto menor o tamanho, maior é o potencial de crescimento - Interação mais intensa com o meio ambiente.

9 2. Morfologia dos procariotos
Forma da célula Arranjos

10 Morfologia dos procariotos: formas
Cocos (Neisseria) Bacilos (Halobacterium/Salmonella) Vibrião (Bdellovibrio) Espirilo Espiroqueta (Leptospira) Pedunculada (Rhodomicrobium)

11 Planos de divisão

12 Morfologia dos procariotos: arranjos
Methanococcus Neisseria gonorrhoeae Staphylococcus Streptococcus Methanosarcina Deinococcus radiodurans

13 Morfologia dos procariotos: formas
Cianobactérias (Chondromyces) (Myxococcus) Mixobactérias

14 3. Estrutura da célula procariótica
Parede celular Concentração de solutos dissolvidos alta pressão de turgor (E. coli  2 atm.) Para conter essa pressão 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

15 Composição do peptideoglicano

16 Gram negativas: 10 % de peptideoglicano (1-2 camadas) 2-3 nm
b) De acordo com suas respostas à coloração de Gram, as bactérias se dividem em 2 grupos: Dinamarquês Christian Gram ( ) * Gram positivas: 90 % da parede formados de peptideoglicano (até 20 camadas) nm Gram negativas: 10 % de peptideoglicano (1-2 camadas) 2-3 nm

17 A coloração de Gram Gram positiva Gram negativa Fixação
Cristal violeta Tratamento com lugol Álcool - acetona Corante de contraste safranina

18 c) “membrana” externa de bactérias Gram negativas (camada LPS),
camada dupla, composta de: * fosfolipídeos * proteínas * lipídeos * polissacarídeos * lipoproteínas Maior rigidez à parede celular Seus componentes são tóxicos quando injetados em animais Participa do processo de nutrição formando canais de passagem

19 3. Estrutura da célula procariótica
Domínio Archaea * paredes de composição variável * sem peptideoglicano * algumas são Gram+, outras Gram- a) Metanogênicas * pseudopeptidoglicano * polissacarídeos b) Halofílicas * Halococcus: polissacarídeo sulfatado * Halobacterium: glicoproteínas com cargas negativas c) Outras metanogênicas Methanococcus e Methanospirillum: proteínas d) Hipertermofílicas: * Sulfolobus: glicoproteínas (paredes estáveis em detergente em ebulição!!) * Pyrodictium: glicoproteínas (113ºC)

20 Pseudopeptidoglicano
em algumas Archaea metanogênicas

21 3. Estrutura da célula procariótica
Membrana plasmática * barreira física, vital para a células * espessura aproximada de 8 nm * composição química

22 Composição química da membrana
Domínio Bacteria * bicamada composta de: * fosfolipídeos (glicerol + ácidos graxos + Pi) * proteínas transmembranares * hopanóides ( esteróis, resistência) em algumas espécies Domínio Archaea: composição variável * lipídeos: únicos na natureza (marcadores de diferenças evolucionárias) * ligações éter entre o glicerol e as cadeias hidrofóbicas hidrocarbonetos (isopreno) * podendo existir: - diéter lipídios - tetraéter lipídios - mista

23 Comparação entre os lipídeos de Bacteria e Archaea
Éster Éter Isopreno

24 A membrana citoplasmática em
procariotos

25 Estrutura da célula procariótica
Material genético * molécula única de DNA circular, nua, intensamente dobrada, podendo expandir-se até 1 mm (bactéria típica mede poucos m) * não associado com histonas * tamanho do genoma variável: E. coli: 4,7 Mb Mycoplasma genitalium: 0,58 Mb * bactérias em crescimento podem conter várias cópias * haplóides: apenas uma cópia de cada gene.

26 Estrutura do DNA em procariotos
DNA de Escherichia coli

27 Estrutura da célula procariótica
Ribossomos (organelas onde ocorre a síntese de proteínas) * 70 S * Subunidades: 50S + 30S (RNA e proteínas) * até por célula Bacterias e Archaeas têm ribossomos semelhantes (70S), mas diferentes na composição protéica

28 Estrutura da célula procariótica
Flagelos * apêndices longos e finos * helicoidais * 20 nm de diâmetro * distribuídos em número variável * proteína: flagelina, com subunidades dispostas helicoidalmente * estrutura: - corpo basal - gancho - filamento * movimento: rotação (até rpm) * velocidade: média de 50 m/s ou 10 corpos/s

29 Estrutura do flagelo em
procariotos

30 Quimiotaxia

31 Estrutura da célula procariótica
Pili e fímbrias * fímbrias: adesão (várias unidades/célula) * pili: mais longos (geralmente 1 unidade/célula) - conjugação - adesão em bactérias patogênicas * composição: proteínas

32 Estrutura da célula procariótica
3.7. Cápsula (glicocálix) * composição: glicoproteínas e/ou polissacarídeos * função: - adesão - proteção contra dessecamento e fagocitose

33 Estrutura da célula procariótica
Inclusões citoplasmáticas * reserva de energia e de blocos estruturais * poli--hidroxibutirato e outros * polifosfatos (grânulos metacromáticos) * enxofre * magnetossomos (magnetita: Fe3O4) “Magnetobulus multicellularis” (UFRJ)

34 Estrutura da célula procariótica
Vesículas de gás * procariotos aquáticos fotossintetizantes: ex. Cianobactérias * fusiforme: nm x nm * poucas ou até centenas por célula * proteínas hidrofóbicas * ajuste vertical na coluna de água para regiões de luz ótima para a fotossíntese

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

36 Endósporos de procariotos

37 Endósporos de procariotos
* partes do endósporo: * ocorrência de ácido dipicolínico + Ca2+

38 Ácido dipicolínico: exclusivo de esporos
10 % do peso seco Confere resistência ao calor e estabilização do DNA

39 Cromatóforos e clorossomos
Bactérias verdes sulfurosas: Anaeróbias obrigatórias e fototróficas