Microbiologia - Morfologia celular

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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;