Estrutura e função da célula procariótica

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

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

Cada domínio está associado a uma série de fenótipos, alguns únicos para cada domínio 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 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

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 1 m Thiomargarita namibiensis:  700 m !!

Tamanho comparativo dos microrganismos

Procariotos são pequenos, permitindo que: Nutrientes e dejetos sejam transportados para dentro e fora da célula via membrana citoplasmática.

Tamanho da célula procariótica O pequeno tamanho dos procariotos comparado ao dos eucariotos contribui para muitas características desses organismos: * interação mais intensa com o ambiente * maior velocidade de absorção de nutrientes crescimento mais rápido

Morfologia dos procariotos Forma da célula Arranjos

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

Planos de divisão – definirão os arranjos

Morfologia dos procariotos: arranjos Coco: Gênero Methanococcus Estáfilococo: Gênero Staphylococcus Diplococo: Gênero Neisseria Sarcina: Gênero Methanosarcina Tétrade: Gênero Deinococcus Estreptococo: Gênero Streptococcus

Estrutura da célula procariótica Parede celular A concentração de solutos dissolvidos gera alta pressão interna (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 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

d) ácidos teicóicos em Gram positivas (grego theicos = parede) são polímeros de glicerol ou ribitol ligados a açúcares ou aminoácidos e conectados por grupamentos fosfato. presentes nas paredes da maioria das bactérias Gram-positivas conferem à célula sua carga negativa

Estrutura da célula procariótica Domínio Archaea * paredes de composição variável * sem peptideoglicano * Caráter Gram+ e 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 presente em algumas Archaea metanogênicas As árqueas são naturalmente resistentes à ação da enzima lisozima e a da penicilina. NAT: N-acetil talosaminurônico

Estrutura da parede celular de Halococcus, uma árquea halofílica Estrutura da parede celular de Halococcus, uma árquea halofílica. A parede consiste basicamente da repetição das três partes.

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

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

Comparação entre os lipídeos de Archaea e Bacteria Éster Éter Isopreno

Funções da membrana a) permeabilidade * permeável à água e a substâncias de baixo PM solúveis em gorduras (ácidos graxos, álcool, benzeno) * não permeável a moléculas com cargas: aminoácidos, ácidos orgânicos, sais, H+ ( H3O+) b) transporte * importância para os procariotos * proteínas de transporte * contra um gradiente de concentração * alta especificidade c) produção de energia: sítio de geração e utilização da força próton motiva

Sistemas transportadores

Estrutura da célula procariótica Material genético Molécula única de DNA circular, 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 onde ocorre a síntese de proteínas * 70 S * Subunidades: 50S + 30S (RNA e proteínas) * até 10.000 por célula Bactérias e árqueas têm ribossomos semelhantes (70S), mas diferentes na composição protéica

Estrutura da célula procariótica Flagelos * apêndices longos e finos (20 nm) * helicoidais * distribuídos em número variável * proteína: flagelina * estrutura: - corpo basal (motor) - gancho - filamento monotríquio lofotríquio anfitríquio peritríquio - O movimento de rotação é transmitido a partir do “motor” 1000 prótons para cada rotação velocidade variável (até 12000 rpm) A célula desloca-se com até 60 comprimentos celulares/s (guepardo 110 Km/h: 25 comprimentos/s)

Resposta comportamental: quimiotaxia Controle de movimentos através de proteínas sensíveis à concentração

Outra forma de motilidade em procariotos

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 * glicogênio, amido (energia) * polifosfatos (estrutural) * enxofre (energia) * magnetossomos (magnetita: Fe3O4) (orientação)

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

Estrutura da célula procariótica Endósporos (estruturas de resistência) Encontrados em algumas Gram positivas: - Bacillus - Clostridium - Sporosarcina - Sporolactobacillus 10 % do peso seco é ácido dipicolínico (exclusivo de esporos): estabilização do DNA. Resistentes ao calor, radiações, ácidos, desinfetantes, lisozima

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

Endósporos de procariotos

Cromatóforos e clorossomos Bactérias verdes sulfurosas: Anaeróbias obrigatórias e fototróficas

Fim do tópico