Anatomia Funcional de Células Procarióticas e Eucarióticas

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Microbiologia - Lorena C. Plens
Anatomia Funcional de Células Procarióticas e Eucarióticas
Principais características dos procariotos
● DNA circular sem envoltório
● DNA não está ligado a histonas
● sem organelas
● parede celular → peptideoglicano
● divisão celular → fissão binária
Principais características dos eucariotos
● DNA com envoltório
● DNA associado a histonas
● sem parede celular
● divisão celular → mitose e meiose
Célula Procariótica
● unicelulares
● bactérias e arqueias
Tamanho, forma e arranjo das células
bacterianas
- a forma de uma bactéria é determinada pela
genética
- a maioria é monomórfica → mantém apenas
uma forma
- condições ambientais podem alterar sua
forma
- Rhizobium e Corynebacterium são
pleomórficas
1) Esferas → cocos
- geralmente redondos mas podem ser
ovais e um pouco achatados
- quando se dividem para a reprodução
podem permanecer ligados
- diplococos → pares ligados
- estreptococos → ligados em cadeia
- tétrades → se dividem em dois planos e
permanecem em grupos de 4
- sarcinas → se dividem em três planos e
permanecem ligados em grupo de 8
formando um cubo
- estafilococos → se dividem em
múltiplos planos e formam agrupamento
em formato de cacho de uva
2) Bastão → bacilo
- se dividem ao longo do eixo curto por
isso tem menos agrupamentos
- formam cadeias longas e emboladas
- bacilo único
- diplobacilos → pares após a divisão
- estreptobacilos → cadeias após a
divisão
- cocobacilos → ovais e muito parecidos
com os cocos
3) Espiral
- uma ou mais curvaturas; nunca são
retas
- vibriões → bastões curvos
- espirilos → forma helicoidal e corpo
rígido
- movimento por flagelo
- espiroquetas → forma helicoidal e
corpo flexível
- movimento por filamentos
axiais
4) Existem procariotos em forma de estrela e
retangulares.
Estruturas externas à parede celular
1) Glicocálice
- polímero viscoso e gelatinoso
● a viscosidade não permite a
saída de nutrientes
- polissacarídeo e polipeptídeo
- produzido dentro da célula e
secretado para fora
- protege contra desidratação
- organizado e firmemente aderido na
parede celular → cápsula (pode ser
vista com coloração -)
● em algumas bactérias a cápsula
é importante para a virulência
● protegem as bactérias contra a
fagocitose
● Bacillus anthracis tem cápsula
de D-glutâmico e apenas a
forma encapsulada dessa
bactéria causa antraz
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● Streptococcus pneumoniae causa
pneumonia após quando há a
cápsula
● Klebsiella com cápsula se
adere ao trato respiratório
- não organizado e pouco aderido na
parede celular → camada limosa
- substância polimérica extracelular
(SPE) → glicocálice que auxilia
células em biofilme a se fixarem no
ambiente e umas às outras.
● protege as células dentro do
glicocálice
● facilita a comunicação entre
as células
● permite a sobrevivência pela
fixação de superfície
● Streptococcus mutans causa
cáries e se adere aos dentes
pelo glicocálice
○ consegue degradar a
cápsula e usar como
nutrição
● Vibrio cholerae causa a cólera
e seu glicocálice ajuda na
adesão do intestino delgado
2) Flagelos
- apêndices filamentosos de propulsão
- estrutura helicoidal semi rígida que
move a célula pelo movimento do corpo
basal
- rotação horária ou anti horária
- à medida que os flagelos giram forma
um feixe que empurra o líquido
circundante e impulsiona a bactéria
- bactérias são capazes de alterar a
rotação e a velocidade → vários
padrões de motilidade
● taxia → movimento para longe
ou perto de um estímulo
○ quimiotaxia → estímulo
químico
○ fototaxia → estímulo
luminoso
- nado → movimento em uma direção por
um tempo
- nados são interrompidos por desvios
que são causados por inversão da
rotação flagelar
- Proteus pode deslizar em meio de
cultura sólido
- atríquias → bactérias sem flagelo
- peritríquios → flagelos ao longo de
toda bactéria
- polares → em ambas extremidades ou
apenas em uma
● monotríquio → um flagelo em um
polo da célula
● lofotríquio → um tufo de
flagelos em um polo da célula
● anfitríquios → flagelos em ambos
os polos da célula
- flagelo é constituído de três
porções:
● filamento → região longa e
externa
○ proteína globular
flagelina em hélice em
torno de um centro oco
○ maioria sem membrana
○ filamento aderido no
gancho
● gancho → um pouco mais largo
com proteína diferente
● corpo basal → ancora o flagelo
à parede celular e à membrana
plasmática
○ haste central inserida
em anéis
○ gram-negativas → 2
pares de anéis (interno
na membrana plasmática)
○ gram-positivas →
somente o par interno
presente
- bactérias móveis possuem receptores
em vários locais e captam estímulos
químicos (atraente ou repelente)
- antígeno H → proteína flagelar útil
para diferenciar variações dentro de
uma espécie
3) Filamentos axiais (endoflagelos)
- espiroquetas possuem estrutura e
motilidade exclusivas
- Treponema pallidum que causa a
sífilis
- Borrelia burgdorferi que causa a
doença de Lyme
- feixes de fibrilas que se originam na
extremidade da célula sob uma bainha
externa e que faz uma espiral em
torno da célula
- estrutura similar ao flagelo
- rotação dos filamentos produz
movimento na bainha externa que
impulsiona a bactéria em movimento
espiral
- o movimento permite a locomoção por
fluídos corporais (saca-rolhas)
4) Fímbrias e pili
- pilina → proteína que forma uma
estrutura semelhante ao pelo, curta,
reta e fina
● helicoidal divididas em dois tipos:
○ fímbrias: nos polos ou em toda
a célula
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■ formação de biofilmes
por terem tendência em
se aderirem umas às
outras
■ auxiliam na adesão da
bactéria no epitélio
humano (Neisseria
gonorrhoeae → gonorreia
aderida na mucosa)
■ quando estão ausentes a
colonização pode não
ocorrer
○ pili (singular → pilus): mais
longos e um ou dois por célula
■ motilidade celular e
transferência de DNA
■ motilidade pulsante
Parede Celular
● semirrígida
● previne a ruptura da célula
● mantém a forma
● ponto de ancoragem dos flagelos
● pode estender se o volume
citoplasmático aumentar
Composição da parede celular
- peptideoglicano (mureína)
● dissacarídeo ligado por
polipeptídeos
● monossacarídeo →
N-acetilglicosamina (NAG) e
ácido N-acetilmurâmico (NAM)
● ligação polipeptídica possui
cadeias laterais de
tetrapeptídeos (ligados ao
NAM)
○ formas D e L
● cadeias laterais podem ser
ligadas umas às outras ou
unidas por uma ponte cruzada
peptídica
- Penicilina interfere na interligação
final das fileiras de
peptideoglicanos pelas pontes
cruzadas, logo a parede fica frágil e
sofre lise
Parede celular de gram-positiva
- camadas de peptideoglicano → rígida e
espessa
- espaço entre a parede celular e a
membrana plasmática é o espaço
periplasmático → localizada a camada
granular composta de ácido
lipoproteico
- ácidos teicoicos → álcool + fosfato
● fosfato tem carga negativa,
logo conseguem regular o
movimento de cátions para
dentro e fora da célula
● podem ajudar a evitar a
ruptura da parede
● é o que torna possível
identificar as gram-positivas
com testes laboratoriais
● ácido lipoproteico → atravessa
a camada de peptideoglicano e
liga na membrana plasmática
● ácido teóico da parede → ligado
à camada de peptidoglicano
Parede celular de gram-negativa
- poucas camadas de peptideoglicano e
uma membrana externa
- peptideoglicano ligado a
lipoproteínas na membrana externa e
está localizado no periplasma →
região entre a membrana externa e a
membrana plasmática
● contém enzimas de degradação e
de transporte
- não contém ácido teicoico
- parede com pouco peptideoglicano,
logo são mais suscetíveis ao
rompimento mecânico
- membrana externa
● formada de lipopolissacarídeos
(LPS), lipoproteínas e
fosfolipídeos
● carga negativa importante para
evasão da fagocitose e nas
ações de complemento do
hospedeiro
● contra ação de detergentes,
metais pesados, sais biliares,
alguns corantes, antibióticos
(penicilina) e enzimas
digestivas (lisozima)
● nutrientes devem atravessar a
membrana externa → proteínas
porina que formam canais
○ nucleotídeos,
dissacarídeos,peptídeos, aminoácidos,
vitamina B12 e ferro
● lipopolissacarídeo (LPS) tem 3
componentes:
○ lipídeo → lipídeo A fica
dentro da membrana
externa e funciona como
endotoxina
■ associado aos
sintomas
causados por
infecções
gram-negativas
(febre,
vasodilatação,
choque e
coágulos)
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○ cerne polissacarídeo →
ligado ao lipídeo A e
contém açúcares
incomuns
■ estruturação
○ polissacarídeo O → se
estende para fora do
cerne
■ funciona como
antígeno
■ útil para
diferenciar as
gram-negativas
Parede celular e mecanismo de coloração
Gram
- baseado na diferença das estruturas
das paredes celulares das positivas e
negativas
- cristal violeta → cora as gram-positivas
e gram-negativas de púrpura pois
penetra no citoplasma de ambas
- iodo → forma cristais muito grandes
com o corante
- aplicação de álcool:
- gram-positivas: desidrata o
peptideoglicano para tornar
mais permeável ao cristal
violeta-iodo, logo se coram de
roxo escuro
- gram-negativas: álcool
dissolve a membrana externa
deixando buracos na fina
camada de proteoglicanos para
os cristais violeta-iodo
passarem
- as gram-negativas se tornam incolores
após a lavagem do álcool e se
adiciona safranina (contracorante)
que deixa as células rosa ou
vermelhas
- gram-positivas podem apresentar
resposta gram-negativa → células
mortas
- Bacillus e Clostridium podem ser
classificadas como gram-variáveis
Paredes celulares atípicas
- alguns possuem pouco material de
parede ou nenhuma parede
- Mycoplasma:
● menores bactérias conhecidas
que podem reproduzir fora do
hospedeiro
● sem parede celular
● atravessam os filtros
bacterianos
● membrana plasmática com
esteróis que protegem da lise
- Arqueias:
● podem não ter paredes ou ter
paredes incomuns
● composta por proteínas e
polissacarídeos ,as não
peptideoglicano
● pseudomureína (parecido com
peptideoglicano)
○ ácido
N-acetilosaminurônico
em vez de NAM
○ não tem D-aminoácidos
○ não podem ser coradas
por método Gram, mas
aparentam ser
gram-negativas
- parede celular acidorresistente
● identificação de Mycobacterium
e espécies patogênicas
Nocardia
● alta concentração de ácido
micólico (lipídeo céreo
hidrofóbico) na parede que
previne a entrada de corantes
○ forma uma parede
externa e uma fina
camada de
peptideoglicano que são
unidos por um
polissacarídeo
● a parede cérea hidrofóbica
induz a cultura a se agregar e
se ligar as paredes do frasco
de cultura
● podem ser coradas com
carbolfucsina → penetra
aquecida
○ resistente a lavagem de
álcool-ácido
○ coloração vermelha
● se a parede de ácido micólico
for removida irão se corar com
Gram
Dano à parede celular
- enzima lisozima → atua mais sobre as
gram-positivas
● catalisa a hidrólise das
pontes entre os dissacarídeos
repetitivos do esqueleto
peptideoglicano
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● parede destruída
● se não houver lise o conteúdo
fica envolto apenas pela
membrana plasmática →
protoplasto
○ possuem forma esférica
e metabolismo
● se restar nas gram–negativas a
membrana plasmática, e o
restante da camada externa →
esferoplasto
● para a lisozima atuar sobre as
gram-negativas, estas devem
ser tratadas com ácido
etilenodiaminotetracético
(EDTA) que vai enfraquecer as
ligações iônicas e produzir
lesões na membrana externa
● protoplastos e esferoplastos
se rompem em água pura,
soluções de sal ou açúcar →
lise osmótica
- Proteus → sem a parede fica
intumescido com formato irregular
chamado forma L
● pode ser formado
espontaneamente ou pela ação
da penicilina que inibe a
formação da parede ou pela
lisozima que destrói a parede
● podem retornar ao estado com
parede
- a maioria das gram-negativas não é
tão sensíveis à penicilina quanto às
gram-positivas por causa de um
membrana externa que forma uma
barreira de proteção à parede celular
que não possui muitas ligações
cruzadas peptídicas
- gram-negativas são bastante
suscetíveis a antibióticos
β-lactâmicos
Estruturas internas à parede celular
1) Membrana plasmática
- constituída de fosfolipídeos
- são menos rígidas por não possuir
esteróis
- Mycoplasma → não tem parede e tem
esteróis na membrana
Estrutura da membrana plasmática
- bicamada lipídica
- proteínas periféricas e integrais
(transmembrana)
- glicoproteínas e glicolipídeos
ligados nas proteínas → ajudam na
proteção e lubrificação das células
● glicoproteínas ajudam na
penetração do vírus influenza
e de toxinas que causam cólera
e botulismo
- modelo do mosaico fluído
Funções da membrana plasmática
- permeabilidade seletiva
- contém enzimas capazes de catalisar
as reações químicas que degradam
nutrientes para produção de ATP
- cromatóforos → invaginações da
membrana que possuem pigmentos e
enzimas envolvidos na fotossíntese
- mesossomos → invaginações grandes e
irregulares
● são artefatos e não estrutura
celular
Destruição da membrana plasmática por
agentes antimicrobianos
- álcoois e compostos de amônio
quaternário usados como desinfetantes
- polimixinas → antibiótico que degrada
a camada de fosfolipídeos causando o
vazamento celular e a morte da célula
Movimento de materiais através da
membrana
1) Processos passivos
- área de alta concentração para baixa
concentração (à favor do gradiente)
- difusão simples:
● transporte de moléculas
pequenas
● O2, CO2
- difusão facilitada:
● uso de proteínas carreadoras
inespecíficas da membrana
● moléculas um pouco maiores
● íons hidrofílicos que não
conseguem penetrar na bicamada
● enzimas extracelulares → são
liberadas no meio circundante
para diminuir o tamanho das
moléculas
- osmose:
● H2O se move pela bicamada por
difusão simples ou utilizando
aquaporinas
● passagem de H2O apenas
● pressão osmótica → pressão
necessária para impedir o
movimento de água pura para
uma solução com soluto
● a bactéria sofre lise após a
danificação da parede porque
seu citoplasma contém muitos
solutos e a água entra por
osmose → meio hipotônico
● em meio hipertônico a célula
encolhe e sofre plasmólise
2) Processos ativos
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- área de baixa concentração para alta
concentração (contra o gradiente)
- usado quando há pouca concentração de
soluto
- bactérias não realizam fagocitose e
pinocitose
- transporte ativo:
● Na+, K+, H+, Ca2+, Cl-,
aminoácidos e açúcares simples
● depende de proteínas
transportadoras
- translocação do grupo:
● substância é quimicamente
alterada durante o transporte
● energia pode vir do ácido
fosfoenolpirúvico (PEP)
● glicose → fosforilada para não
sair da célula
2) Citoplasma
- concentrações altas de íons orgânicos
- espesso, aquoso, semitransparente e
elástico
- estruturas → nucleoide, ribossomo e
inclusões
- possuem citoesqueleto mas com
moléculas diferentes da dos
eucariotos
3) Nucleoide
- célula com uma única molécula longa
de DNA de dupla-fita em forma
circular → cromossomo bacteriano
● sem envoltório no material
genético e sem histonas
● fixado na membrana plasmática
- plasmídeo → molécula de DNA de
dupla-fita circular
● não estão conectadas ao
cromossomo bacteriano
● se replicam de forma
independente
● não é crucial à célula
● podem atuar na resistência à
antibióticos, tolerância a
metais tóxicos, produção de
toxinas e síntese de enzimas
● manipulação de biotecnologia
4) Ribossomos
- síntese de proteínas
- muitos ribossomos conferem aparência
granular ao citoplasma
- duas subunidades de RNA ribossomal
(rRNA)
- são menores e menos densos → 70S
5) Inclusões
- depósitos de reserva
- podem servir como base para
identificação
- grânulos metacromáticos:
● coram-se de vermelho com
corantes azuis
● volutina → todos os grânulos
juntos
● reserva de fosfato inorgânico
para a síntese de ATP
● Corynebacterium diphtheriae →
difteria
- grânulos polissacarídicos:
● glicogênio e amido
● detectados quando se aplica
iodo nas células
○ glicogênio →
marrom-avermelhado
○ amido → azuis
- inclusões lipídicas:
● Mycobacterium, Bacillus,
Azotobacter, Spirillum
● detectadas pela coloração de
corantes solúveis em gordura →
corantes de Sudão
- grânulosde enxofre:
● bactérias que obtêm energia
pela oxidação de compostos que
contêm ou não enxofre →
Acidithiobacillus
● reserva de energia
- carboxissomos:
● contém a enzima ribulose-1,5-
difosfato-carboxilase
○ enzima necessária para
a fixação do CO2 em
bactéria cuja única
fonte de carbono é o
dióxido de carbono
● bactérias nitrificantes,
cianobactérias e
aciditiobacilos
- vacúolo de gás:
● cavidades ocas encontradas em
procariotos aquáticos
● cianobactérias, bactérias
fotossintéticas anoxigênicas e
halobactérias
● recobertos por proteína
● mantém a flutuação para
receber oxigênio, nutrientes e
luz adequados
- magnetossomos:
● inclusões de óxido de ferro
(Fe3O2)
● formados por várias bactérias
gram-negativas e atuam como
imãs → Magnetospirillum
magnetotacticum
● bactérias podem usar para se
mover para baixo até atingirem
um local de fixação
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● in vitro podem decompor os
peróxidos de hidrogênio
6) Endósporos
- bactérias gram-positivas formam
células especializadas dormentes →
Clostridium e Bacillus
- células desidratadas altamente
duráveis com paredes espessas e
camadas adicionais
- formados internamente à membrana
celular
- podem sobreviver a temperaturas
extremas, falta de água, exposição à
substâncias químicas tóxicas e
radiação
- não é um meio de reprodução pois
produz apenas um endósporo
- gram-negativas: Coxiella burnetii →
causa a febre Q
- a formação do endósporo leva horas e
é conhecido como esporulação ou
esporogênese
● iniciada quando uma fonte de
carbono ou nitrogênio se torna
escassa
1) um cromossomo recém
replicado e um pouco de
citoplasma são isolados
por uma invaginação da
membrana plasmática →
septo do esporo
2) o septo do esporo se
torna uma membrana
dupla formando o
pré-esporo
3) camadas de
peptideoglicano são
dispostas entre as duas
camadas da membrana
4) espessa capa de
proteína se forma ao
redor da membrana
externa
5) célula original é
degradada e o endósporo
liberado
- não realizam reações metabólicas
- contém ácido dipicolínico (ADP)
acompanhado de íons de Ca2+
● protege o DNA do endósporo
contra danos
- contém DNA, pouco RNA, ribossomos,
enzimas e alguma moléculas
importantes
- retorna ao seu estado vegetativo por
um processo chamado germinação
● desencadeada por alto calor,
tipo os usados na produção de
conservas ou por germinantes
● germinantes → alanina e
inosina (nucleotídeos)
● as enzimas do endósporo rompem
as camadas extras que o
circundam, a água entra e o
metabolismo recomeça
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