Estruturas celulares microbianas e suas funções

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO
BACHARELADO DE AGRONOMIA
Estruturas celulares microbianas e suas funções 
CONCEITOS IMPORTANTES 
2.1 • Os microscópios são essenciais para o estudo dos microrganismos. A microscopia de campo claro, a forma mais comum de microscopia, emprega um microscópio com uma série de lentes para ampliar e definir a imagem.
2.2 • Uma limitação inerente à microscopia de campo claro é a falta de contraste entre a célula e o meio circundante. Este problema pode ser solucionado com o uso de coloração ou de formas alternativas de Microscopia óptica, como a de contraste de fase ou de campo escuro.
2.3 • A microscopia de contraste de interferência diferencial (CID) e a microscopia laser de varredura confocal produzem imagens tridimensionais avançadas, ou permitem a visualização por meio de espécimes espessas.
2.4 • Microscópios eletrônicos têm um poder de resolução muito maior do que os microscópios ópticos, com limites de resolução de cerca de 0,2 nm. As duas formas principais de microscopia eletrônica são de transmissão, utilizada principalmente para a observação de estruturas celulares internas, e de varredura, utilizada na análise da superfície dos espécimes.
2.5 Quais são as principais morfologias dos procariotos? Desenhe células para cada morfologia que você descrever.
• As células procarióticas podem apresentar diversas formas diferentes; bacilos, cocos e espirilos são morfologias celulares comuns. A morfologia é um indicador ruim de outras propriedades celulares e é uma característica geneticamente dirigida, que evoluiu para servir melhor à ecologia da célula.
2.6 Qual o tamanho máximo de um procarioto? E o mínimo? Por que é que, provavelmente, se conhece o limite inferior de forma mais precisa do que o limite superior? Quais são as dimensões da bactéria em forma de bastonete Escherichia coli? 
• Os procariotos são geralmente menores que os eucariotos, embora alguns procariotos maiores sejam conhecidos. O típico tamanho pequeno das células procarióticas afeta a sua fisiologia, taxa de crescimento, ecologia e evolução. O limite inferior para o diâmetro de uma célula em forma de coco é de cerca de 0,15 mm.
2.7 Descreva em uma única sentença a estrutura de uma unidade de membrana. Descreva as principais diferenças estruturais entre as membranas de bactérias e arqueias.
• A membrana citoplasmática é uma barreira de permeabilidade altamente seletiva, constituída de lipídeos e proteínas que formam uma bicamada, internamente hidrofóbica e externamente hidrofílica. Em contrapartida a bactérias e eucariotos, em que os ácidos graxos são ligados ao glicerol por uma ligação éster, arqueias contêm lipídeos unidos por ligações éter e algumas formam uma membrana em monocamada, em vez de em bicamada.
2.8 Explique em uma única sentença por que moléculas ionizadas não se movem passivamente através da membrana citoplasmática. Como essas moléculas passam pela membrana citoplasmática?
• A principal função da membrana citoplasmática é a permeabilidade, transporte e conservação de energia. Para acumular nutrientes contra um gradiente de concentração, sistemas de transporte são utilizados e caracterizados por sua especificidade e efeito de saturação.
2.9 Células de Escherichia coli captam a lactose por meio do sistema lac permease, glicose por meio do sistema fosfotransferase, e maltose por meio de um transportador tipo ABC. Para cada um destes açúcares descreva: (1) os componentes do sistema de transporte e (2) a fonte de energia que dirige o evento de transporte.
• Pelo menos três tipos de transporte de nutrientes são conhecidos: simples, translocação de grupo e sistema ABC. O transporte requer energia de um composto rico em energia como o ATP, ou da força próton-motiva para realizar a acumulação de solutos contra um gradiente de concentração.
2.10 Por que a camada rígida da parede celular bacteriana é chamada de peptideoglicano? Quais são as razões estruturais para a rigidez que é conferida à parede celular pelo peptideoglicano?
• O peptideoglicano é um polissacarídeos encontrado apenas em bactérias que consiste em uma repetição alternada de N-acetilglicosamina e ácido N-acetilmurâmico, o último ligado por ligações cruzadas por meio de tetrapeptídeos em filamentos adjacentes. A enzima lisozima e o antibiótico penicilina possuem como alvo o peptideoglicano, levando à lise celular.
2.11 Liste diversas funções da membrana externa em bactérias Gram-negativas. Qual a composição química dessa membrana?
• Bactérias gram-negativas possuem uma membrana externa que consiste em LPS, proteína e lipoproteína. As porinas conferem permeabilidade através da membrana externa. O espaço entre a membrana externa e a membrana citoplasmática é chamado de periplasma e contém proteínas envolvidas no transporte, sensoriamento químico e outras funções celulares importantes.
2.12 Qual polissacarídeo de parede celular comum em bactérias está ausente em arqueias? O que é incomum sobre a camada S comparada a outras paredes celulares de procariotos? Quais tipos de parede celular são encontrados em arqueias?
• As paredes celulares de arqueias podem ser de diferentes tipos, incluindo pseudomureína, vários polissacarídeos e camadas S, que são compostas por proteínas ou glicoproteínas. Assim como em bactérias, as paredes de arqueias protegem a célula contra a lise osmótica.
2.13 Quais funções as camadas polissacarídicas dispostas fora da parede celular desempenham em procariotos?
• Muitas células procarióticas contêm cápsula, camadas limosas, pili, ou fímbrias. Essas estruturas possuem diversas funções, incluindo ligação, intercâmbio genético e motilidade pulsante.
2.14 Quais tipos de inclusões citoplasmáticas são formados pelos procariotos? Como uma inclusão de ácido poli-b-hidroxibutírico difere-se de um magnetossomo em composição e papel metabólico?
• Células procarióticas contêm inclusões de enxofre, polifosfato, polímeros de carbono ou minerais que formam partículas magnéticas (magnetossomos). Estas substâncias funcionam como materiais de armazenamento ou na magnetotaxia.
2.15 Qual a função das vesículas de gás? Como essas estruturas são moldadas, de forma que possam manter o gás armazenado?
• As vesículas de gás são estruturas preenchidas por gás que conferem flutuabilidade à célula. As vesículas de gás são compostas por duas proteínas diferentes, organizadas de modo a formar uma estrutura permeável ao gás, mas impermeável à água.
2.16 Defina os seguintes termos: endósporo maduro, célula vegetativa e germinação
• O endósporo é uma célula bacteriana altamente resistente e diferenciada produzida por determinadas bactérias gram-positivas. Os endósporos são desidratados e contêm dipicolinato de cálcio e pequenas proteínas ácido-solúveis, ausentes em células vegetativas. Os endósporos podem permanecer dormentes indefinidamente, mas podem germinar rapidamente quando as condições forem favoráveis.
2.17 Descreva a estrutura e função de um flagelo bacteriano. Qual a fonte de energia de um flagelo? Como os flagelos de bactérias diferem-se daqueles de arqueias em tamanho e composição? 
• A motilidade de natação acontece devido à presença dos flagelos. O flagelo é composto por diversas proteínas e é ancorado na parede celular e na membrana citoplasmática. Em bactérias, o filamento flagelar é constituído da proteína flagelina e rotaciona com a energia fornecida pela força próton-motiva. O flagelo de arqueias e bactérias difere na estrutura e na forma como a energia é acoplada à rotação.
2.18 Diferencie os mecanismos de motilidade de Flavobacterium dos de Escherichia coli.
• As bactérias que se movem por deslizamento não utilizam a rotação dos flagelos, mas, em vez disso, se arrastam ao longo de uma superfície sólida empregando um dos diferentes mecanismos, incluindo excreção polissacarídica, pulsação ou proteínas de deslizamento rotativo.
2.19 Em poucas linhas, explique como uma bactéria móvel é capaz de sentir a direção de um agente atrativo e se mover em direção a ele. O queé controle? 
• Bactérias móveis respondem a gradientes químicos e físicos em seus ambientes, controlando o comprimento das corridas e a frequência das oscilações. As oscilações são controladas pela direção de rotação do flagelo, que, por sua vez, é controlada por uma rede de proteínas sensoriais e de resposta.
2.20 Liste pelo menos três características das células eucarióticas que claramente as diferenciam das células procarióticas. O que são histonas e qual a sua função?
• Eucariotos microbianos contêm várias organelas, incluindo o núcleo que é universal; mitocôndrias ou hidrogenossomos; e cloroplastos. O núcleo contém o cromossomo celular na forma de DNA linear envolto em torno de proteínas histonas. Eucariotos microbianos dividem-se seguindo o processo de mitose, e podem realizar meiose se um ciclo de vida haploide/diploide ocorrer.
2.21 Como as mitocôndrias e os hidrogenossomos são similares estruturalmente? Em que eles se diferem? Como eles se diferem metabolicamente? (Seção 2.21) 24. Quais os principais processos fisiológicos que ocorrem nos cloroplastos? (Seção 2.21) 25. Que evidências suportam a ideia de que as principais organelas de eucariotos já foram bactérias? (Seção 2.21)
• A mitocôndria e o hidrogenossomo são organelas geradoras de energia das células eucarióticas. A mitocôndria realiza a respiração aeróbia, enquanto os hidrogenossomos fermentam o piruvato a H2, CO2e acetato. Os cloroplastos são os sítios de produção de energia fotossintética e fixação de CO2 nas células eucarióticas. Essas organelas eram originalmente bactérias de vida livre, que estabeleceram residência permanente no interior das células de eucariotos (endossimbiose).
2.22 Quais as funções das estruturas de células eucarióticas a seguir: retículo endoplasmático, aparelho de Golgi e lisossomos?
• Os retículos endoplasmáticos são estruturas membranosas em eucariotos que ou contêm ribossomos associados (RE rugoso) ou não (RE liso). Os flagelos e os cílios conferem motilidade às células, enquanto os lisossomos são especializados na degradação de macromoléculas. Microtúbulos, microfilamentos e filamentos intermediários atuam como reforço celular interno.
OUTROS TERMOS 
Domínio uma das três linhagens Evolucionárias principais das células: Bacteria, Archaea e Eukarya.
Ácido dipicolínico substância única aos endósporos que confere resistência térmica a essas estruturas.
Ácido poli-b-hidroxibutírico (PHB) material de reserva comum de células procarióticas, consistindo de um polímero de b-hidroxibutirato ou outro ácido b–alcanoico, ou misturas de ácidos b–alcanoicos.
Ácido teicoico poliálcool fosforilado encontrado na parede celular de algumas bactérias gram-positivas.
Camada S camada de superfície celular mais externa, composta por proteínas ou glicoproteínas presentes em algumas bactérias e arqueias.
Cápsula camada mais externa de polissacarídeo ou proteína, geralmente bastante viscosa, presente em algumas bactérias.
Ciclo de Calvin série de reações biossintéticas, pelas quais a maioria dos organismos fotossintéticos converte CO2em compostos orgânicos.
Citoesqueleto arcabouço celular, típico de células eucarióticas, onde microtúbulos, microfilamentos e filamentos intermediários definem a forma celular.
Cloroplasto a organela fotossintética de eucariotos fototróficos.
Coloração de Gram técnica de coloração diferencial, na qual as células coram-se em rosa (gram-negativas) ou em roxo (gram-positivas).
Corpo basal a porção “motora” dos flagelos bacterianos, incorporada na membrana citoplasmática e parede.
Cristas membranas internas de uma mitocôndria.
Endósporo estrutura altamente resistente, de parede espessa e diferenciada produzida por certas bactérias gram-positivas.
Estroma o lúmen do cloroplasto, circundado pela membrana interna.
Filamento intermediário um polímero filamentoso de proteínas fibrosas de queratina, superenovelado em fibras mais espessas, que atua na manutenção da forma celular e no posicionamento de certas organelas na célula eucariótica.
Flagelação peritríquia quando os flagelos estão localizados em vários locais em torno da superfície celular.
Flagelação polar quando os flagelos emanam de um ou ambos os polos de uma célula.
Flagelo apêndice celular longo e fino, rotacional (em células procarióticas), que é responsável pela motilidade em natação.
Fototaxia movimento de um organismo em direção à luz.
Gram-negativa célula bacteriana com uma parede celular contendo pequenas porções de peptideoglicano, e uma membrana externa contendo lipopolissacarídeo, lipoproteína e outras macromoléculas complexas.
Gram-positiva célula bacteriana cuja parede celular consiste principalmente em peptideoglicano; não possui a membrana externa das células gram-negativas.
Hidrogenossomo organela de origem endossimbiótica, presente em certos microrganismos eucarióticos, que oxida o piruvato a H2, CO2 e acetato, juntamente com a produção de uma molécula de ATP.
Hipótese endossimbiótica a ideia de que mitocôndrias e cloroplastos originaram-se de bactérias.
Histonas proteínas altamente básicas que compactam e enrolam o DNA no núcleo de células eucarióticas.
Lipopolissacarídeo (LPS) uma combinação de lipídeos, polissacarídeos e proteína que forma a porção principal da membrana externa de bactérias gram-negativas.
Lisossomo organela contendo enzimas digestivas para a hidrólise de proteínas, gorduras e polissacarídeos.
Magnetossomo partícula de magnetita (Fe3O4) envolvida por uma membrana que não corresponde a uma unidade de membrana real, no citoplasma de bactérias magnetotáticas.
Meiose divisão nuclear que reduz pela metade o número diploide de cromossomos para o estágio haploide.
Membrana citoplasmática a barreira de permeabilidade da célula, separando o citoplasma do ambiente externo.
Membrana externa unidade de membrana que contém fosfolipídeos e polissacarídeos, que se encontra externamente à camada de peptideoglicano em células de bactérias gram-negativas.
Microfilamento polímero filamentoso da proteína actina que auxilia na manutenção da forma de uma célula eucariótica.
Microtúbulo polímero filamentoso das proteínas a-tubulina e b-tubulina envolvido na forma e motilidade da célula eucariótica.
Mitocôndria organela respiratória de organismos eucarióticos.
Mitose divisão nuclear em células eucarióticas, na qual os cromossomos são replicados e segregados em duas células-filhas durante a divisão celular.
Morfologia a forma de uma célula – bacilo, coco, espirilo, e assim por diante.
Núcleo a organela que contém os cromossomos de células eucarióticas.
Peptideoglicano polissacarídeo composto por repetições alternadas de N-acetilglicosamina e ácido N-acetilmurâmico, disposto em camadas adjacentes e com ligações cruzadas por meio de peptídeos curtos.
Periplasma região semelhante a um gel, entre a superfície externa da membrana citoplasmática e a superfície interna da camada lipopolissacarídica de bactérias gram-negativas.
Pili estruturas finas e filamentosas que se estendem da superfície de uma célula e, dependendo do tipo, facilitam a ligação celular, intercâmbio genético e a motilidade pulsante.
Quimiotaxia movimento direcionado de um organismo para se aproximar (quimiotaxia positiva) ou se afastar (quimiotaxia negativa) de um gradiente químico.
Resolução habilidade de distinguir dois objetos distintos ou separados, quando visualizados ao microscópio.
Sistema de transporte ABC (cassete de ligação a ATP) um sistema de transporte de membrana que consiste em três proteínas, uma das quais hidrolisa ATP; o sistema transporta nutrientes específicos dentro da célula.
Sistema de transporte simples consiste somente em uma proteína transportadora transmembrânica e é comumente dirigida pela energia da força próton-motiva.
Tilacoide camada membranosa, contendo os pigmentos fotossintéticos presentes em cloroplastos.
Translocação de grupo sistema de transporte dependente de energia, no qual a substância transportada é quimicamente modificada durante o processo por uma série de proteínas.
Vesículas de gás estruturas citoplasmáticas preenchidaspor gás, delimitadas por proteínas, que conferem flutuabilidade às células.
Macrofomina 
•Competição – é uma relação ecológica desarmônica que ocorre quando organismos da mesma espécie ou de espécies diferentes competem por um determinado recurso. 
•Patogeno – organismos que são capazes de causar doença em um hospedeiro. 
•Antibiose – relação ecológica no qual uma espécie bloqueia o crescimento ou a reprodução de outra espécie. 
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