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Estrutura e função da célula procariótica. 1. Introdução Origem: 3,8 a 3,5 bilhões de anos (condições anoxigênicas)

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1 Estrutura e função da célula procariótica

2 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 Procariotos (Woese, 1977)

4 PropriedadeProcariotosEucariotos Domínios Bacteria e ArchaeEukarya: algas, fungos, protozoários, plantas e animais Estrutura e função do núcleo Membrana nuclear ausentepresente Nucléolo ausentepresente DNA Molécula única, sem histonas, plasmídeos freqüentesPresente em vários cromossomos, geralmente com histonas DivisãoSem mitoseMitose, aparelho mitótico 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 das mitocôndrias e cloroplastos (70S) Organelas membranosas AusentesVárias Sistema respiratório Parte da membrana citoplasmáticaNas 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 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

5 Célula procariótica x eucariótica

6 Tamanho da célula procariótica Unidade de medida: m (micrômetro) Tamanho variável:0,1-0,250 m Thiomargarita namibiensis : 700 m !! (1999) Escherichia coli : 1 x 3 m

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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 Streptococcus Staphylococcus Methanococcus Methanosarcina Deinococcus radiodurans Neisseria gonorrhoeae

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

14 3. Estrutura da célula procariótica Parede celular Concentração de solutos dissolvidosalta pressão de turgor ( E. coli 2 atm.) Para conter essa pressãoparede 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 b) De acordo com suas respostas à coloração de Gram, as bactérias se dividem em 2 grupos: Dinamarquês Christian Gram ( ) Gram negativas: 10 % de peptideoglicano (1-2 camadas) 2-3 nm * Gram positivas: 90 % da parede formados de peptideoglicano (até 20 camadas) nm

17 A coloração de Gram Gram negativa Gram positiva 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 Éster Éter Isopreno Comparação entre os lipídeos de Bacteria e Archaea

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: Fe 3 O 4 ) 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 * partes do endósporo: * ocorrência de ácido dipicolínico + Ca 2+

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

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


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