Estrutura e função da célula procariótica

Origem célula procariótica: Introdução Origem célula procariótica: 3,7 bilhões de anos (condições anoxigênicas)

Três Domínios (Super-reinos) Bacteria Archaea Eucarya Com base em comparações de sequências das regiões intergênicas 16S – 23S do RNA ribossômico: Três Domínios (Super-reinos) Bacteria Archaea Eucarya (Woese, 1977) Procariotos

Estudos subseqüentes mostraram que cada domínio está associado a uma série de fenótipos, alguns desses únicos para cada domínio

Célula procariótica x eucariótica

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:  0,7 mm!! (1999)

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.

Morfologia dos procariotos Forma da célula Arranjos

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

Planos de divisão

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

Estrutura da célula procariótica Parede celular Concentração de solutos dissolvidos alta pressão de turgor (E. coli  2 atm.) - A parede celular é responsável pela contenção dessa pressão - Envoltório rígido, responsável também pela forma da célula Domínio Bacteria a) componente principal: peptideoglicano (> 100 tipos) - açúcares aminados: N-acetilglicosamina Ácido N-acetilmurâmico - aminoácidos

Composição do peptideoglicano

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 (1853-1938) Gram positivas: 90 % da parede formados de peptideoglicano (até 20 camadas) 30-60 nm Gram negativas: 10 % de peptideoglicano (1-2 camadas) 2-3 nm

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

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

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)

Pseudopeptidoglicano em algumas Archaea metanogênicas

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

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

A membrana citoplasmática em procariotos

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.

Estrutura do DNA em procariotos DNA de Escherichia coli

Estrutura da célula procariótica Ribossomos (organelas densas onde ocorre a síntese de proteínas) * 70 S * Subunidades: 50S + 30S (RNA e proteínas) * até 10.000 por célula Bacterias e Archaeas têm ribossomos semelhantes (70S), mas diferentes na composição protéica

Estrutura da célula procariótica Flagelos * apêndices longos e finos * helicoidais * 20 nm de diâmetro * distribuídos em número variável * proteína: flagelina * estrutura: - corpo basal (motor) - gancho - filamento

Estrutura do flagelo em procariotos - O movimento de rotação é transmitido a partir do “motor” 1000 prótons para cada rotação velocidade variável (até 12000 rpm) Desloca-se com até 60 comprimentos celulares/s (guepardo 110Km/h: 25 comprimentos/s)

Resposta comportamental: Quimiotaxia

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

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

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)

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

Estrutura da célula procariótica Endósporos (estruturas de resistência) > Encontrados em algumas Gram positivas: - Bacillus - Clostridium - Sporosarcina - Sporolactobacillus > Resistentes ao calor, radiações, ácidos, desinfetantes, lisozima

Endósporo 10 % do peso seco é ácido dipicolínico (exclusivo de esporos): - Confere resistência ao calor e estabilização do DNA

Cromatóforos e Clorossomas Presentes e bactérias fotossintetizantes Ex: bactérias sulfurosas verdes