Prévia do material em texto
Morfologia Celular ↳ Principais morfologias: → Coco (plural cocos): célula que é esférica ou ovalada em sua forma; ⇢ Diplococos, tetrades, sarcinas, estreptococos, estafilococos; → Bastonete ou Bacilo: célula exibindo forma cilíndrica; ⇢ Diplobacilos, estreptobacilos, paliçadas, tricomas; → Hélices ou Espirais (bacilos curvos): ⇢ Espirilos = bacilos que assumem formas espiraladas; espiroquetas; → Formas de transição: cocobacilos, vibriões; → As células de alguns procariotos permanecem unidas em grupos ou conjuntos após a divisão celular; → Arranjos são frequentemente característicos: alguns cocos formam longas cadeias (p. ex., a bactéria Streptococcus), outros são encontrados como cubos tridimensionais (Sarcina); em conjuntos semelhantes a um cacho de uvas (Staphylococcus); Esquema geral de bactéria: → Tamanho das bactérias: variam entre 02µm (Mycoplasma) a 2µm de diâmetro e 2 a 8µm de comprimento; → Epulopiscium fishelsoni – 50µm de diâmetro e 500µm de comprimento; → Células eucarióticas: 2 a mais de 200µm de diâmetro; → Parâmetro de crescimento rápido e grande número de células: afetar a ecologia microbiana; Quem são as bactérias? ⇢ São unicelulares; ⇢ Material genéticos não envolto por membrana nuclear - procarionte; ⇢ Apresentam uma variedade de formas (bastonetes, cocos, espirilos, vibrios); ⇢ Podem apresentar arranjos: pares, cadeias, cachos; ⇢ Parede celular formada por carboidrato complexo: peptidoglicano (polissacáridos e aminoácidos intercalados entre eles) – membrana celular + parede celular; ⇢ Reprodução por fissão binária – duplicação do material genético + extensão gerando outra célula; ⇢ Grande diversidade nutricional quanto a fonte de C e energia; ⇢ Podem apresentar motilidade: flagelos; ⇢ Alguns gêneros formam endósporos (estruturas resistência); ⇝ Estrutura das células bacterianas: ↱ Membrana citoplasmática: → Separa o citoplasma do meio externo, circundando o; ↣ Se estiver comprometida, a integridade celular será destruída, havendo extravasamento do citoplasma para o ambiente, provocando a morte da célula; → A estrutura geral corresponde a uma bicamada fosfolipídica contendo proteínas imersas: → Os fosfolipídios são formados de componentes hidrofóbicos (ácidos graxos) e hidrofílicos (glicerol-fosfato); → A apresenta apenas 8 a 10 nanômetros de espessura ↣ Pode ser visualizada ao microscópio eletrônico de transmissão, onde aparece como duas linhas escuras, separadas por uma linha clara; → Mantém a integridade celular; e faz transporte de nutrientes; → Superfície externa (Ex): ⇢ Interage com uma variedade de proteínas de ligação a substratos ou proteínas que processam grandes moléculas, transportando-as para o interior da célula (gram- negativas); → Superfície Interna (In): ⇢ Interage com proteínas e outras moléculas presentes nesse meio; e produz energia; → É uma estrutura fluida: liberdade de movimentação em sua superfície – mosaico fluido; ↪ Funções: ↣ Funciona como um “porteiro” de substâncias dissolvidas que entram e saem da célula; → Barreira de permeabilidade: impede o extravasamento passivo de substâncias para dentro ou para fora da célula; a natureza hidrofóbica da membrana citoplasmática torna uma forte de barreira, algumas moléculas hidrofóbicas podem atravessá-las por difusão; → Sítio de ancoragem: ancora várias proteínas, capazes de promover o acúmulo de solutos no interior da célula contra um gradiente de concentração; ↣ Algumas são enzimas que atuam na conservação de energia, e outras estão envolvidas no transporte de substâncias para dentro e para fora da célula; → Conservação de energia: é um importante sítio celular de conservação na célula procariótica, e pode realizar muitas funções celulares (transporte, uma utilidade e biossíntese de ATP); ↪ Transporte de membrana: → Transporte simples: consiste somente em uma proteína transportadora transmembrânica; → Translocação de grupo: envolve uma série de proteínas no evento de transporte; modificação química durante o transporte – envolve componentes periplasmáticos (fosfoenopiruvato); → Sistema de transporte ABC: consiste em três componentes – uma proteína de ligação ao substrato, um transportador integrado à membrana e uma proteína que hidrolisa ATP; envolve proteínas que atuam cooperativamente; → Independente do mecanismo de transporte, os eventos reais de transporte são de três tipos – uniporte, simporte e antiporte – e cada evento é catalisado por uma proteína chamada de transportadora; ↝ Parade celular: proteção contra lise osmótica → Estrutura rígida que cobre a membrana plasmática: → Para resistir à pressão e evitar uma explosão (lise celular), a maioria das células de bactérias e arqueias possui uma parede; → Mantém a pressão osmótica intrabacteriana, impedindo a o rompimento da célula devido à entrada de água; → As paredes celulares conferem forma às bactérias e rigidez a células, protegendo as; → Funciona como suporte de antígenos – toda substância estranha ao organismo que desencadeia a produção de anticorpos – geralmente, é uma proteína ou um polissacarídeo; ↪ Peptideoglicano: → As espécies de bactérias podem ser divididas em dois grupos principais, chamados gram-positivos e gram-negativos; → A distinção entre estes dois grupos é baseada na reação de coloração de Gram, e diferenças na estrutura da parede celular; Diferença das membranas em relação aos eucariotos: Não apresenta esteroides – moléculas planas e rígidas – enquanto os ácidos graxos são flexíveis (membrana de eucariontes é menos flexível) - Bactérias não possuem colesterol - esteroide; Enzimas do metabolismo respiratório; As paredes celulares de bactérias apresentam uma camada rígida (e espessa para gram-positivos), que é a principal responsável pela rigidez da estrutura, denominada peptideoglicano. → A superfície das células gram-positivas e gram-negativas como vista no microscópio eletrônico possui diferenças marcantes; ↬ Química do peptideoglicano: → É um polissacarídeo composto por dois derivados de açúcares – N-acetilglicosamina (G) e ácido N-acetilmurâmico (N) – além de alguns aminoácidos, incluindo l-alanina, d-alanina, ácido d- glutâmico e, ou l-lisina ou uma molécula estruturalmente similar, ácido diaminopimélico (DAP); → Esses componentes estão associados para originar uma estrutura repetitiva chamada de tetrapeptídeoglicano; → Gram-positiva: é geralmente muito mais espessa, sendo constituída principalmente por um único tipo de molécula, cerca de 90% da parede celular é composta por peptideoglicano; algumas possuem até 25 camadas deste polímero; → Gram-negativa: é constituída por pelo menos duas camadas, 10% correspondem ao peptideoglicano, sendo a parede celular composta predominantemente pela membrana externa; ⇒ Ácido teicoico: gram-positivas → Refere-se a toda a parede celular, a membrana citoplasmática e polímeros capsulares compostos por glicerol-fosfato ou ribitol fosfato; → Ácidos teicoicos são ligados covalentemente ao ácido murâmico no peptideoglicano da parede celular; → Devido ao fato de os fosfatos serem carregados negativamente, os ácidos teicoicos são parcialmente responsáveis pela carga elétrica negativa geral da superfície celular – auxiliam na passagem de íons da membrana; ⇒ Lipopolissacarídeos (LPS) – membrana externa: gram-negativas → A membrana externa também contém polissacarídeos, de modo que o lipídeo e o polissacarídeo estão ligados formando um complexo., denominada camada lipopolissacarídica ou LPS; Uma pequena quantidade da parede celular total consiste em peptideoglicano, enquanto a maior parte é composta pela membrana externa. Essa camada corresponde efetivamente a uma segunda bicamada lipídica, porém não é composta somente por fosfolipídeos e proteínas,como ocorre na membrana citoplasmática; Lipopolissacarídeo Galactose, Ramnose e Manose Cetodesoxioctonato (CDO) Ácido graxo + N-acetilglicosamina fosfato • Função dos LPS: → Fornece rigidez à parede das células gram-negativas, → Uma importante propriedade biológica do LPS está relacionada com sua toxicidade aos animais; ⇢ É associada à camada LPS, particularmente, ao lipídeo A – endotoxinas - refere-se a esse componente tóxico do LPS; ↣ Exemplo: endotoxinas produzidas por Salmonella, causam sintomas violentos em seres humanos, incluindo gases, diarreia e vômitos; ↪ Periplasma e as porinas: ↣ Embora permeável a pequenas moléculas, a membrana externa é impermeável à proteinase de outras moléculas grandes; → Essas proteínas são encontradas em uma região denominada periplasma; → Situado entre a superfície externa da membrana citoplasmática e a superfície interna da membrana externa, apresenta cerca de 15 nm de espessura; → Possui consistência semelhante a um gel, devido à alta concentração de proteínas presentes – pode conter diversas classes diferentes de proteínas: ⇢ Enzimas hidrolíticas, que promovem a degradação inicial das moléculas de alimento; proteínas de ligação, que iniciam o processo de transporte de substratos; e quimiorreceptores, que são proteínas envolvidas na resposta quimiotática; → A membrana externa é relativamente permeável a moléculas pequenas (até mesmo moléculas hidrofílicas) devido à presença de proteínas, denominadas porinas - que atuam como canais, permitindo a entrada e saída de solutos; Patógenos gram-negativos comuns para o homem incluem espécies de Salmonella, Shigella e Escherichia, entre muitas outras, e alguns dos sintomas gastrintestinais provocados por esses patógenos são decorrentes dos componentes tóxicos da membrana externa; Uma das principais funções da membrana externa consiste em impedir que proteínas cujas atividades aconteçam fora da membrana citoplasmática se difundam para longe da célula; ↪ Células sem parede: ↣ Organismos são capazes de sobreviver sem a presença da parede celular porque ou eles contêm membranas citoplasmáticas extraordinariamente resistentes, ou porque vivem em hábitats osmoticamente protegidos, como o corpo de um animal; ⇒ Lisozima: → O peptideoglicano pode ser destruído por determinados agentes; → Um desses agentes é a enzima lisozima, uma proteína que cliva as ligações glicosídicas β-1,4 entre a N-acetilglicosamina e o ácido N-acetilmurâmico do peptideoglicano, enfraquecendo, assim, a parede; → A lisozima é encontrada em secreções animais incluindo lágrimas, saliva e outros fluidos corporais, e atua como uma importante linha de defesa contra infecções bacterianas; ↳ Estruturas celulares de superfície e inclusões: → Além das paredes celulares, as células de bactérias e arqueias podem apresentar outras camadas ou estruturas em contato com o ambiente e, frequentemente, contêm um ou mais tipos de inclusões celulares; ↱ Estruturas de superfície celular: → Vários procariotos secretam substâncias limosas ou viscosas em sua superfície celular, que consistem em polissacarídeos ou proteínas; → Essas substâncias não são consideradas parte da parede celular, uma vez que não conferem significativa resistência estrutural à célula; → Os termos “cápsula” e “camada limosa” são empregados para descrever essas camadas – estes termos não se referem a mesma coisa, mas são frequentemente utilizados indistintamente; → Se a camada é organizada em uma matriz compacta, que exclui partículas pequenas, como a tinta nanquim, é denominada cápsula; ⇢ É facilmente visível por microscopia óptica se as células forem tratadas com tinta nanquim e podem ser vistas ao microscópio eletrônico; ⇢ Normalmente aderem firmemente à parede celular, e algumas são até mesmo ligadas covalentemente ao peptideoglicano; → Se a camada é mais facilmente deformável, ela não excluirá as partículas e será de visualização mais difícil, essa forma é denominada camada limosa; ⇢ Ligam-se frouxamente, podendo ser perdidas da superfície celular Embora a maioria dos procariotos seja incapaz de sobreviver na natureza sem suas paredes celulares, vários exibem essa capacidade. Esses incluem os micoplasmas, bactérias patogênicas relacionadas com bactérias gram-positivas que causam diversas doenças infecciosas em seres humanos e outros animais, e o grupo Thermoplasma e seus relacionados, espécies de arqueias naturalmente desprovidas de parede celular; ↪ Funções: → Aderência: microrganismos patogênicos, que penetram no corpo por vias específicas, geralmente realizam esse processo ligando-se inicialmente a componentes de superfície específicos dos tecidos do hospedeiro; essa ligação frequentemente é mediada por polissacarídeos de superfície da célula bacteriana; ↣ Quando surge a oportunidade, bactérias de todos os tipos normalmente se ligam a superfícies sólidas, algumas vezes formando uma espessa camada de células, denominada biofilme; os polissacarídeos extracelulares também desempenham um papel essencial no desenvolvimento e na manutenção dos biofilmes. → Atuação como fatores de virulência em certas doenças bacterianas, e a prevenção da desidratação das células; ↣ Por exemplo, os agentes causadores das doenças antraz e pneumonia bacteriana – Bacillus anthracis e Streptococcus pneumoniae, respectivamente – apresentam, cada um, uma cápsula espessa de proteína (B. anthracis) ou polissacarídeo (S. pneumoniae). → Células encapsuladas dessas bactérias evitam a sua eliminação pelo sistema imune do hospedeiro devido ao fato de que as células imunes, que, caso contrário, reconheceriam esses patógenos como invasores e provocariam a sua destruição, são impedidas de fazê-lo devido à presença da cápsula bacteriana; → São capazes de se ligar a água e são passíveis de proteger a célula da dessecação em períodos de seca; ↷ Fímbrias e pili: → São proteínas filamentosas que se projetam a partir da superfície de uma célula, podendo apresentar muitas funções; → Fímbrias: conferem às células a capacidade de adesão a superfícies, incluindo tecidos animais no caso de algumas bactérias patogênicas, ou de formação de películas (camadas delgadas de células sobre uma superfície líquida) ou biofilmes em superfícies sólidas.; ⇢ São mais curtas e mais numerosas que os flagelos; ↣ Ex. em humanos: Salmonella (salmonelose), Neisseria gonorrhoeae (gonorreia) e Bordetella pertussis (coqueluche); → Pili: assemelham-se às fímbrias, porém são estruturas normalmente mais longas, estando presentes na superfície celular em uma ou poucas cópias; ⇢ Podem ser receptores de determinados tipos de vírus, por isso, tais estruturas podem ser mais bem visualizadas ao microscópio eletrônico quando se encontram revestidas por partículas virais → Possui função de facilitar a troca genética entre as células em um processo chamado de conjugação, e impedir a adesão de patógenos a tecidos específicos do hospedeiro que eles venham a invadir; ↱ Inclusões celulares: → Funcionam como reservas de energia e/ou como reservatórios de carbono, ou desempenham funções especiais; → Podem ser visualizadas diretamente ao microscópio óptico, sendo normalmente envoltas por membranas de camada única (sem unidade) que as isolam no interior da célula; ↣ O armazenamento de carbono ou de outras substâncias em uma forma insolúvel é vantajoso para a célula, pois reduz o estresse osmótico que existiria caso a mesma quantidade da substância fosse dissolvida no citoplasma. ↪ Polímeros de armazenamento de carbono: → O corpo mais comum de inclusão em organismos procarióticos corresponde ao ácido poli-β-hidroxibutírico (PHB), um lipídeo formado por unidades de ácido b-hidroxibutírico; ↣ Ex.: Glicogênio → Os monômeros de PHB polimerizam-se por ligações do tipo éster, e em seguida o polímero se agrega em grânulos;estes últimos podem ser vistos por microscopia óptica ou eletrônica; → Muitos microrganismos acumulam fosfato inorgânico (PO4 3–) na forma de grânulos de polifosfato; → Esses grânulos podem ser degradados e utilizados como fontes de fosfato na biossíntese de ácidos nucleicos e fosfolipídeos e, em alguns organismos, podem ser utilizados diretamente na produção do composto rico em energia, ATP; ↣ Frequentemente, o fosfato é um nutriente limitante em ambientes naturais; portanto, caso uma célula encontre-se e em uma situação em que há excesso de fosfato, é vantajoso o armazenamento deste na forma de polifosfato para uso futuro; ↱ Endósporos: → Determinadas espécies de Bacteria produzem estruturas denominadas endósporos, durante um processo denominado esporulação; → Sua função é proporcionar resistência e garantir a sobrevivência do organismo em ambiente inadequado; → São produzidos pelas bactérias quando o meio em que se encontram está desfavorável a sua sobrevivência; → Atuam como estruturas de sobrevivência (células altamente diferenciadas) e permitem ao organismo resistir a condições de crescimento adversas: extremos de temperatura, dessecamentos, carência nutricional, e produtos químicos fortes ou radiação; Esporulação Consiste na formação de esporos; O esporo, ao encontrar um ambiente adequado para seu desenvolvimento, germina e origina outro ser. → Podem ser considerados como o estágio latente de um ciclo de vida bacteriano → São facilmente dispersos pela ação do vento, da água ou por meio do trato gastrintestinal de animais; → As bactérias formadoras de endósporo são encontradas predominantemente no solo, sendo as espécies de Bacillus os representantes mais bem estudados; Endósporos terminais Endósporos subterminais Endósporos centrais ↷ Formação e germinação do endósporo: → Durante a formação do endósporo uma célula vegetativa é convertida a uma estrutura resistente ao calor, refringente à luz, e que não exibe crescimento; → As células não esporulam quando se encontram em crescimento ativo, mas somente quando o crescimento cessa devido à exaustão de um nutriente essencial; → Assim, células de Bacillus, uma típica bactéria formadora de endósporo, interrompem o crescimento vegetativo, iniciando o processo de esporulação quando, por exemplo, um nutriente essencial, como carbono ou nitrogênio, torna-se limitado; → Pode permanecer dormente durante anos, porém pode converter-se novamente em uma célula vegetativa de forma relativamente rápida; → Esse processo envolve três etapas: ativação, germinação e extrusão; ⇢ Ativação: acontece quando os endósporos são aquecidos por alguns minutos, a uma temperatura elevada, porém subletal; ⇢ Germinação: são estimulados a germinar quando colocados na presença de nutrientes específicos, como determinados aminoácidos; ↣ Um processo geralmente rápido (da ordem de alguns minutos), envolve a perda da refringência microscópica do endósporo, maior capacidade de coloração por corantes, e perda da resistência ao calor e produtos químicos. ⇢ Extrusão: envolve um intumescimento visível decorrente da captação de água, e síntese de RNA, proteínas e DNA – a célula vegetativa emerge a partir do endósporo rompido iniciando seu crescimento, mantendo-se em crescimento vegetativo até que os sinais ambientais novamente desencadeiem a esporulação. (a) um endósporo maduro altamente refringente. (b) Ativação: a refringência está sendo perdida. (c, d) Extrusão: a nova célula vegetativa está emergindo. ↷ Estrutura do endósporo: → Quando observada ao microscópio eletrônico, apresenta-se completamente distinta daquela da célula vegetativa → Apresenta várias camadas que não são encontradas nas células vegetativas; ⇢ Mais externa: é o exospório, um envoltório proteico delgado; • No seu interior: encontram-se as capas do esporo, compostas por camadas de proteínas específicas do esporo; ⇢ Abaixo: há o córtex, que consiste em peptideoglicano exibindo ligações cruzadas frouxas; • No seu interior: encontra-se o cerne, o qual contém a parede do cerne, a membrana citoplasmática, o citoplasma, o nucleoide, os ribossomos e outros constituintes celulares essenciais; → O cerne de um endósporo difere consideravelmente do citoplasma da célula vegetativa que o originou. – Contém menos de 1/4 do teor de água encontrado na célula vegetativa, por isso, a consistência do citoplasma do cerne é similar a um gel; ↷ O processo de esporulação: → É um exemplo de diferenciação celular e muitas alterações celulares conduzidas geneticamente ocorrem durante a conversão do crescimento vegetativo em esporulação; → Pode ser dividida em vários estágios; ↣ São visualizados ao microscópio óptico como estruturas altamente refringentes; São impermeáveis à maioria dos corantes, sendo ocasionalmente observados como regiões não coradas no interior de células coradas com corantes básicos, como o azul de metileno; Corantes e procedimentos especiais devem ser utilizados para corar os endósporos; No protocolo clássico de coloração de endósporos, o verde malaquita é utilizado como corante, sendo infundido no esporo por meio de vapor; → Em células de Bacillus subtilis, em que foram realizados estudos detalhados, o processo completo de esporulação dura aproximadamente 8 horas, sendo iniciado por uma divisão celular assimétrica: ↳ Locomoção microbiana: ↬ Flagelos e motilidade natatória: → Procariotos são capazes de deslocar-se por movimento natatório, devido à presença de uma estrutura denominada flagelo; → Atua por rotação, empurrando ou puxando a célula por meio de um meio líquido; ↪ Flagelos de bactérias: → São apêndices longos e finos, apresentando uma extremidade livre e outra extremidade ligada à célula; → Tão delgados (15-20 nm, dependendo da espécie) que a visualização de um único flagelo ao microscópio óptico é possível somente após procedimentos de coloração especiais que aumentam o seu diâmetro; → No entanto, são facilmente visualizados ao microscópio eletrônico; Podem ligar-se às células em diferentes padrões; → Flagelação polar: encontram-se ligados a uma ou ambas as extremidades da célula. ↣ Ocasionalmente, um conjunto (tufo) de flagelos pode ser encontrado em uma das extremidades celulares, um tipo de flagelação polar denominada lofotríquia; Flagelação peritríquia: encontram-se inseridos em vários pontos ao redor da superfície celular. Motilidade: participa da Quimiotaxia e Fototaxia Exemplo específico: Bacillus subtilis;