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Morfologia e citologia bacteriana Benício Alves de Abreu Filho Referências • PELCZAR Jr, Michael Joseph; CHAN, E. C. S.; KRIEG, Noel R. Microbiologia: conceitos e aplicações. V. 1. São Paulo: Pearson Makron Books, 1997. • TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. Microbiologia. São Paulo: Artmed, 2005. O mundo microbiológico Células eucarióticas X Células procarióticas Eucariótica Procariótica Tamanho usual 0,5 a 2,0µm >2,0µm Envoltório nuclear Presente Ausente Organelas membranosas Presente Ausente Parede Celular Se presente (Constituída de celulose ou quitina) Presente (Constituída de Peptideoglicanos) Esteróis de membrana Colesterol, Ergosterol ou Esteróis vegetais Ausentes Cromossomos Numerosos e lineares Único e circular Ribossomos Dispersos no citoplasma e aderidos no RER (80S) Dispersos no citoplasma ou associados à MP (70S) Flagelos (se presentes) Tubulina (9+2) Flagelina Bactérias • São as formas de vida mais antigas da Terra (3,5 a 4 milhões de anos); • São organismos unicelulares procariontes; • Apresentam extrema diversidade estrutural e metabólica; • Capazes de habitar os mais diversos habitats e nichos ecológicos; • Morfogicamente podem ser caracterizadas por seu tamanho, forma e arranjo; Tamanho • Bactérias são organismos invisíveis a olho nu; • Maioria das espécies variam entre o,5 a 2 µm de largura e 2 a 4 µm de comprimento; • 1 µm = 0,000.001 metro • O estudo das bactérias se tornou possível graças ao advento dos microscópios, que apresentam maior poder de resolução que o olho humano; Tamanho: Microscopia • A observação de materiais em microscopia depende de uma boa capacidade de ampliação e principalmente de um adequado poder de resolução; • A ampliação é uma característica própria das lentes; • O poder de resolução depende diretamente da abertura numérica da lente objetiva e do comprimento de onda utilizado; Poder de resolução: Capacidade de distinguir dois pontos muito próximos; Olho humano: 0,2mm Microscópio óptico: 0,2µm Microscópio eletrônico: 20nm Tamanho: Microscopia Microscópio Eletrônico de Transmissão Microscópio Eletrônico de Varredura Fornece imagens internas ultraestruturais da célula Fornece imagens tridimensionais de superfície Feixe de elétrons atravessa a amostra incluída em resina e cortada em ultramicrótomo Feixe de elétrons varre a amostra metalizada Alto poder de resolução dos microscópios eletrônicos se deve principalmente ao feixe de elétrons utilizado (comprimento de onda muito pequeno) Imagem é formada a partir de elétrons secundários emitidos pela amostra metalizada Tamanho Mas porque as bactérias são tão pequenas? • Relação superfície X volume; • Capacidade limitada de difusão de substâncias através da membrana; • Tamanho reduzido facilita o acesso a nutrientes; • Permite às bactérias metabolismo acelerado e alta taxa de multiplicação; Forma Forma Arranjo • Células de muitas espécies bacterianas geralmente se apresentam acopladas umas às outras; • O arranjo é uma característica muito importante na distinção de espécies; • Depende dos planos em que as células se dividem ao crescer e se as células-filhas permanecem unidas ou se separam; • Cocos e bacilos usualmente apresentam-se arranjados em padrões característicos; • Vibriões e espiralados geralmente são células isoladas; Arranjo Staphylococcus aureusStreptococcus sp. Halococcus sp. (Sarcina) Estreptobacilos SarcinasStaphylococcus sp. Citologia e Ultra-estrutura bacteriana Célula Procariótica Célula Eucariótica Citologia Bacteriana: Citoplasma Neisseria gonorrhoeae • O citoplasma procariótico é um fluido aquoso denso semitransparente, de composição complexa e sítio de muitas reações enzimáticas; • Ausência de citoesqueleto típico ou qualquer sistema de fibrilas citoplasmático que ajude a manter a forma celular; Composição: • Água (80%) • Proteínas; • Carboidratos; • Lipídios; • Íons; Magnetossomos • No citoplasma de procariotos existem depósitos denominados inclusões; • Funções: reserva (inclusões de lipídios e polissacarídios), armazenar enzimas (Carboxissomos), flutuação (vacúolos de gás), detoxicação (magnetossomos); Citologia Bacteriana: Nucleóide • Região onde se localiza o único cromossomo bacteriano: composto de DNA dupla fita circular, super-enovelado e livre de histonas • Em determinados pontos da molécula de DNA, o cromossomo se liga à proteínas da membrana plasmática; • Procariotos não possuem envoltório nuclear; Genes bacterianos não apresentam íntrons e organizam-se em operons (um promotor regula a síntese de várias porções estruturais); Plasmídeos: Moléculas circulares de DNA extracromossômico, replicam-se independentemente do cromossomo principal e podem carregar genes de resistência a antibióticos, tolerância a metais ou síntese de toxinas; Citologia Bacteriana: Ribossomos • Constituição: São partículas densas compostas por RNAr e proteínas; • Função: Responsáveis pela etapa de tradução da síntese de proteínas; • Ribossomos procariotos e eucariotos diferem quanto ao coeficiente de sedimentação; • Encontram-se dispersos no citoplasma ou associados à superfície interna da membrana plasmática; Citologia Bacteriana: Membrana Plasmática • Modelo do mosaico-fluido para membranas biológicas; • Fosfolipídios garantem fluidez à membrana; • Ausência de esteróis em membranas procarióticas as diferencia das eucarióticas, e confere às bactérias membranas menos rígidas; Composição: • Fosfolipídios • Proteínas Fosfolipídios: Cabeça polar (fosfato e glicerol) e Cauda apolar (ácidos graxos) Citologia Bacteriana: Membrana Plasmática Funções: • Permeabilidade seletiva; • Conversão energética; • Reconhecimento e sinalização celular; • Reações enzimáticas (Ex: digestão de nutrientes e síntese da parede) Mesosomos: extensões intracelulares da membrana plasmática, comuns em bactéria gram positivas, relacionadas à segregação do DNA na fissão binária. Citologia Bacteriana: Parede Celular • Estrutura complexa e semi-rígida que envolve as células bacterianas; • Corresponde a 10-40% do peso seco da célula procariótica; • Apresenta constituição química e estrutural única, que diferencia a parede celular de eubactérias, das de arquéias e de eucariotos; Funções: • Manter a forma celular; • Prevenir o rompimento da célula; • Ancorar flagelos; • Auxiliar na divisão binária; • Sitio receptor de sinalização celular; Citologia Bacteriana: Parede Celular • Organiza-se em lâminas formadas por peptideoglicanos (mureína); • Os peptideoglicanos são polímeros de N-acetil glicosamina e ácido N-acetilmurânico, unidos por ligações cruzadas de tetrapeptídios (L ou D- aminoácidos); A Lisozima é uma enzima, presente em secreções, capaz de quebrar as ligações glicósídicas dos peptideoglicanos. Antibacterianos como a Penicilina atuam na inibição de enzimas envolvidas na síntese de componentes da parede. Citologia Bacteriana: Parede Celular • O conjunto de aminoácidos que compõe a porção tetrapeptídeo do peptideoglicano é característico de cada espécie; • A diferença em estrutura e constituição da parede celular de bactérias possibilitou a divisão em dois grupos: Gram negativas e Gram positivas; Mycoplasma pneumoniae é um dos poucos exemplos de bactéria desprovida de parede celular Citologia Bacteriana: Parede Celular - Gram positivas - Composição: • Espessa camada de peptideoglicanos forma a estrutura da parede celular; • Paredes celulares ricas em ácidos teicóicos (ancoram na parede) e lipoteicóicos (atravessam a parede e se ancoram na membrana); • Proteínas se associam à porção externa da parede; Ac. Teicóicos/Lipoteicóicos: Polímeros de ribitol ou glicerol fosfato, ligados à açúcares Funções: • Cargas negativas dos grupos fosfato podem regular o movimento de cátions; • Armazenam fósforo; • Especificidade antigênica para bactérias gram positivas; CitologiaBacteriana: Parede Celular – Gram negativas - Composição: • Membrana externa fosfolipoproteica recobre uma fina camada de peptideoglicanos; • Lipoproteínas ancoram a membrana externa à camada de peptideoglicanos; • Camada de lipopolissacarídeos se associa à membrana externa; • Porinas atravessam a membrana externa até o espaço periplasmático Periplasma: Espaço preenchido por fluido rico em enzimas e proteínas de transporte, disposto entre a membrana citoplasmática e a membrana externa; Estrutura molecular das porinas Não apresenta ácido teicóico em sua constituição Citologia Bacteriana: Parede Celular – Gram negativas - Lipopolissacarídeos: • Constituídos por Lipídeo A (endotoxina: causa febre e choque ao hospedeiro) e Polissacarídeo O (responsável pelas propriedades antigênicas e identificação das bactérias gram negativas); Funções da membrana externa: • Evasão da fagocitose e das ações do complemento; • Barreira para antibióticos (ex:penicilina), enzimas digestivas (Lisozima), metais pesados, sais biliares e corantes; • Transporte de nucleotídios, dissacarídios, aminoácidos e micronutrientes via porinas; Citologia Bacteriana: Parede Celular Citologia Bacteriana: Coloração de Gram • A divisão das bactérias em dois grupos, Gram negativas e Gram positivas, baseia- se na técnica de coloração desenvolvida por Hans Christian Gram (1884); Preparo do esfregaço Adição do mordente (Lugol) Coloração com cristal violeta Descorar com álcool-cetona Coloração com Fucsina de Ziehl Lavar em água Lavar em água Citologia Bacteriana: Coloração de Gram • Gram positivas são aquelas bactérias que apresentam-se coradas de roxo ao fim da técnica; • Bactérias Gram negativas tem aspecto rosa ao fim da coloração; Cocos gram positivos (S. aureus) Bacilos gram negativos (P. aeruginosa) Citologia Bacteriana: Parede Celular Gram positivas Gram negativas Coloração de Gram Roxo (cristal violeta) Rosa (Fuccina) Camada de Peptideoglicanos Espessa Fina Membrana externa Ausente Presente Ácidos teicóicos Presentes Ausentes Conteúdo de LPS Baixo Alto Resistência mecânica Alta Baixa Toxinas produzidas Principalmente exotoxinas Principalmente endotoxinas Citologia Bacteriana: Flagelos • Estruturas locomotoras análogas ao flagelo eucariótico, apresentando contudo organização e constituição diferentes; • Compõem-se de 3 partes principais: Corpo Basal, Gancho e Filamento helicoidal; • O Corpo basal ancora o flagelo à membrana plasmática e à parede celular; • O filamento helicoidal é uma estrutura oca composta de proteína flagelina; Flagelo eucarioto em corte transversal Flagelo procariótico Filamento Gancho Corpo basal Citologia Bacteriana: Flagelos • A – Monotríquios: Flagelo único de distribuição polar; • B – Lofotríquios: Múltiplos flagelos com distribuição unipolar; • C – Anfitríquios: Flagelos de distribuição bipolar; • D – Peritríquios: Flagelos emergem de toda a superfície celular; Flagelo periplasmático: Origina-se nos pólos e gira em torno do corpo celular, entre a parede celular e a membrana externa; Citologia Bacteriana: Flagelos Funções: • Motilidade: A propulsão das bactérias em um meio líquido pode atingir velocidade equivalente a 3000x seu comprimento por segundo; • Taxia: Aproximar a bactéria de estímulos positivos (nutrientes ou luz) ou afastá-la de estímulos negativos (alta temperatura, salinidade ou inibidores químicos); Flagelos procarióticos apresentam movimento rotacional, diferente dos flagelos eucariotos que tem movimento de chicote; Citologia Bacteriana: Flagelos • Flagelos geralmente são mais longos que as células (15 a 20µm), mas tem um diâmetro de poucos nanômetros (15nm= 0,015µm); • Como o poder de resolução dos microscópios ópticos é de 0,2µm não é possível visualizar os flagelos em M.O.; • A energia para o movimento flagelar provém da força próton-motriz, um gradiente de prótons que se assemelha ao que ocorre na fosforilação oxidativa; Citologia Bacteriana: Pelos ou Fímbrias • São filamentos ocos que se expandem da superfície celular; • Apresentam composição proteica diferente dos flagelos (Ex: pilina); • Não apresentam a complexa estrutura do corpo basal que ancora os flagelos; • Fímbrias são menores e mais numerosas que os flagelos, e favorecem a adesão de bactérias patogênicas aos tratos respiratório e genito-urinário aumentando sua virulência; Citologia Bacteriana: Pelos ou Fímbrias Pilli sexual: • Tipo especializado de pelo que está envolvido na transferência de material genético de uma bactéria para outra (conjugação bacteriana); • Filamento alongado e único presente em bactéria que possuem um plasmídeo F, denominadas doadoras (F+); • As bactérias que não possuem plasmídeo F são ditas receptoras (F-); Citologia Bacteriana: Glicocálice • Camada de material viscoso que reveste externamente a célula; • Pode ter constituição polissacarídica ou polipeptídica; • Seus componentes são sintetizados no interior da célula e então secretados para a superfície; Glicocálice Organizado e firmemente aderido à parede Cápsula Desorganizado e frouxamente acoplado à parede Camada Limosa Citologia Bacteriana: Glicocálice Funções: • Aderência: permite que a bactéria se fixe à superfícies lisas (dentes, rochas, raízes); • Aumentar a virulência bacteriana: encobrindo antígenos e dificultando a fagocitose; • Prevenção ao dessecamento; • Reserva de açúcares; • Prevenir adsorção de bacteriófagos; Citologia Bacteriana: Endósporos • Formas latentes capazes de sobreviver à alta temperatura, dessecamento, agentes químicos e radiação; • Formam-se no interior de formas vegetativas; • Permanecem metabolicamente inativos até que as condições se tornem favoráveis à germinação; • Resistência pode estar associada à espessa parede celular e ao complexo intracelular formado por Ácido Dipicolínico (DPA) e Cálcio; Citologia Bacteriana: Endósporos • São formados em situações desfavoráveis para a bactéria; • Durante a esporogênese passam por um processo de desidratação, que pode levar algumas horas;
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