Arqueas

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ARQUEAS
- Antes de 1977: procariotos isolados de ambientes extremos eram considerados
bactérias - arqueobactérias
- Em 1977, Carl Woese propôs nova classificação – Domínio
- Em 1990, sequenciamento de sequências RNAr 16S e 18S confirmaram a separação
- Determinação das relações evolutivas entre os seres vivos – comparação
da sequência de nucleotídeos do RNA ribossomal
Arqueas
- Presença de 3 linhas de evolução (Domínios):
- Características gerais:
- Formas variadas, como bactérias
- Unicelulares, em filamentos ou agregados, 0,1 – 15 µm
- Mesmos processos de divisão celular
- Genoma menor que o das bactérias
- Aeróbios ou anaeróbios
- Quimiorganotróficos ou quimiolitotróficos – uso de compostos químicos 
orgânicos ou inorgânicos para obtenção de energia
(Exceção: halófilas - fotofosforilação não-fotossintética)
- Via glicolítica de Entner-Doudouroff não-fosforilada
- Autotrofia é comum, usando vias de fixação de CO2 já detectadas em 
bactérias 
- Maioria são observadas em ambientes extremos
- Arqueas – 4 grupos:
- termófilos extremos (hipertermófilos) – Filo Crenarchaeota
- termoacidófilos
- halofílicos Filo Euryarchaeota
- metanogênicos
- Extremos de sobrevivência das arqueas:
Geogemma barossi - crescimento a 121°C; sobrevivência por algumas horas a 130°C
Picrophilus oshimae – crescimento em pH 0,6
Natronobacterium gregoryi – crescimento em pH 10
Halobacterium salinarum – crescimento em NaCl 32% 
Filo Crenarchaeota
Filo Euryarchaeota
Filo Euryarchaeota:
- Metanogênicos: 
- anaeróbios estritos que usam vários processos de síntese de metano, com 
cofatores únicos e exclusivos
- importantes na degradação anaeróbia de matéria orgânica
- ambientes anaeróbios como pântano, trato digestivo de animais, usinas 
de tratamento de lixo, fendas hidrotermais
- substratos para metanogênese: CO2, metanol, acetato
- alguns são hipertermófilos
- vários tipos de parede celular
- Halofílicos “extremos”:
- normalmente aeróbios, podem ser alcalofílicos
- em anaerobiose: bacteriorodopsina (fotofosforilação não-fotossintética)
- salinas e lagos salgados (Ex: Mar Morto)
- mínimo de NaCl 9%, até 32%
- para contrapor o meio hipertônico – acúmulo intracelular de K+
- proteínas citoplasmáticas: grande teor de aminoácidos acídicos (carga 
negativa) – estabilização por íons K+
- ribossomas: estabilizados por altas concentrações de K+
- Termoacidófilos: 
- temperaturas elevadas, extremamente acidófilos
- Thermoplasma, Picrophilus, Ferroplasma
- crescimento a 55-60°C, pH 2
- fontes termais, locais com atividade vulcânica
- Alguns poucos hipertermófilos
Filo Crenarchaeota:
- hipertermófilos, normalmente acidófilos e oxidantes de S
- normalmente anaeróbios
- temperatura ótima de crescimento acima de 100°C
- fendas hidrotermais (altas profundidades), fontes termais, gêisers
Possíveis novos filos, 
de acordo com novas
espécies descobertas
recentemente:
-Maioria das Archaea
desconhecidas, 
assim como Bacteria:
- Dificuldade de cultivo
- Conhecimento da
biodiversidade por
análise de RNAr em
amostras ambientais
- Membrana plasmática de arqueas:
- Funções – comuns a todas as células:
- Delimitação do conteúdo celular – estrutura essencial
- Permeabilidade seletiva
- Estrutura: modelo do mosaico fluido
Característica Bactérias Arqueas Eucariotos
- Composição da 
bicamada
Fosfolipídios
Fosfolipídios, 
Glicolipídios, 
Sulfolipídios
Fosfolipídios
- Composição 
lipídica
Ácidos graxos
Unidades 
repetitivas de 
isopreno
Ácidos graxos
- Ligação dos 
ácidos graxos ao 
glicerol
Éster Éter Éster
- Estrutura da 
membrana
Bicamada
Bicamada / 
Monocamada
Bicamada
- Diferenças em composição e estrutura em arqueas hipertermófilas:
- Situação exclusiva em Thermoplasma:
- termoacidófila
- sem parede celular – presença de lipoglicana - estabilidade em
condições ácidas e altas temperaturas:
- Parede celular de arqueas - grande variedade estrutural: 
- Pseudopeptidoglicana
(pseudomureína):
Methanobacterium, 
Methanothermus
Enzimas sem homologia com
a síntese de peptidoglicana –
evolução distinta
- Camada S:
- Várias bactérias – acima da parede celular (camada fina)
- Maioria das arqueas – possível substituição da parede celular 
(camada espessa)
- Frequência e simplicidade – primeiro protótipo de parede celular
- Camada S:
- Composição: - proteínas e glicoproteínas ricas em aminoácidos acídicos
- um só tipo de proteína ou glicoproteína / camada S 
- arranjo cristalino simétrico – poros de tamanho específico
- estabilização por cátions (integridade estrutural)
- interações não-covalentes entre si
- fixação à membrana plasmática, possível domínio transmembrana
- Funções: - barreira à passagem de moléculas maiores
- determinação da forma celular 
- resistência à pressão osmótica
- Visualização apenas por microscopia eletrônica:
Simetria tetrâmero – bactérias
Simetria hexagonal - arqueas
- Aplicações em nanotecnologia:
Proteínas de fusão com anticorpos, antígenos, enzimas: 
- Heteropolissacarídeo sulfatado: arqueas halofílicas
- sobrevivência em ambientes salinos
- estabilização por íons Na+
Halobacterium salinarum:
↑↑Na+, Mg++ ↑Na+, Mg++
Na+, Mg++
Na+, Mg++
- Metanocondroitina: 
- Células agregadas de Methanosarcina spp.
(Células individualizadas: apenas camada S)
[β-D-GlcA-(1-3)-β-D-GalNAc-(1-4)-β-D-GalNAc-]n
- Capas proteináceas:
Methanospirillum hungatei, Methanosaeta concilii
Formação de filamentos celulares
Proteínas ricas em cisteína – menor porosidade e maior estabilidade
- Glutaminil glicana:
Natronococcus spp.
Arqueas halofílicas e alcalofílicas (lagos ricos em carbonato de sódio)
Parede celular formada por glicoproteína
Parte proteica: polimerização exclusiva de glutamina
- Arqueas sem parede celular: 
- Thermoplasma (similar a Mycoplasma):
- arquea pleomórfica
- sem esteróis de membrana, com lipoglicanas
- sobrevivência em ambientes isotônicos
- termoacidófilas: pH 1-2, 55-60°C
Reações de arqueas à coloração de Gram – podem corar como 
Gram positivas ou Gram negativas:
Camada S
Capa proteinácea
+ Camada S
Lipoglicanas
(“Glicocálice”)
Metanocondroitina
+ Camada S
Pseudomureína ou 
Heteropolissacarídeo
sulfatado
Camada S 
+ Pseudomureína
- Biologia molecular de arqueas:
- Cromossoma circular e único – como bactérias
- Superenovelamento com histonas – como eucariotos
- Superenovelamento com DNA girase – como bactérias
- Enzimas de replicação do DNA (helicase, DNA polimerase) – mais semelhantes a 
eucariotos
- RNA polimerase – semelhante a eucariotos
RNA polimerase de bactérias – sensível a rifamicinas
RNA polimerase de arqueas e eucariotos – resistentes a rifamicinas
- RNA mensageiro policistrônico – codificando várias proteínas: comum a 
bactérias e arqueas
- Transcrição e tradução acopladas em bactérias e arqueas – ausência de núcleo
- Ribossomas: – tamanho semelhante ao de bactérias (70S)
- proteínas semelhantes ao de eucariotos
Ribossomas 70S de bactérias – sensíveis a aminoglicosídeos
- resistentes à toxina diftérica
Ribossomas 70S de arqueas e 80S de eucariotos – resistentes a 
aminoglicosídeos, sensíveis à toxina diftérica
Proteínas ribossomais:
- 34 proteínas com sequências homólogas em bactérias, arqueas e eucariotos
- 33 proteínas com sequências homólogas em arqueas e eucariotos
- Sem proteínas comuns a bactérias e eucariotos 
RNA ribossomal: sequências homólogas em arqueas e eucariotos
- Origem da célula eucariótica:
Hipótese 1: célula eucariótica, já com núcleo, 
adquire mitocôndrias e cloroplastos
por endossimbiose
Mitocôndrias e cloroplastos: ribossomas 70S, 
DNAcircular
Formação do núcleo devido ao maior
tamanho do genoma
Hipótese 2: associação de uma bactéria e uma arquea
Arquea – hospedeiro
Bactéria – endossimbionte que originou
mitocôndrias e cloroplastos
- transferência de genes para o “hospedeiro”
- Características exclusivas de termófilos extremos (hipertermófilos):
- Consideradas as arqueas mais “primitivas” – evolução lenta
- Maior teor G + C no RNAr – resistência a temperaturas elevadas
- Superenovelamento positivo com DNA girase reversa – proteção contra 
a desnaturação térmica 
- Proteína de ligação a DNA Sac7d – aumento da resistência térmica em 
até 40°C
- Proteínas com estrutura terciária e quaternária rica em aminoácidos 
hidrofóbicos no seu interior – impedimento da desnaturação
- Proteínas chaperonina – “redobramento” de proteínas parcialmente 
desnaturadas