Características morfológicas e fisiológicas das bactérias

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A CÉLULA PROCARIOTA
Fig. 4.6
 “A forma segue a função”  uma forma ou estrutura surge como tal para corresponder 
à melhor alternativa para desempenhar uma função específica;
 Apesar da relação forma-função, não se pode prever a fisiologia ou a ecologia de uma 
espécie bacteriana simplesmente com base na morfologia celular. Contudo, várias 
forças seletivas influenciam na morfologia de uma determinada espécie;
 Morfologia de células bacterianas (formas principais):
 Cocos (esférica ou ovalada)  que podem formar arranjos de: duas células 
(diplococos), uma fileira de células (estreptococos), quatro células (tétrade), 
“cubo” de oito células (sarcinas) e cacho (estafilococos);
 Bacilos (cilíndrica)  que podem formar arranjos de: duas células (diplobacilos) e 
uma fileira de células (estreptobacilos);
 Formas espirais: vibriões (bastões curvos – “vírgulas”), espirilos (forma helicoidal) 
e espiroquetas (helicoidal com mais “voltas” que os espirilos).
Morfologia Celular
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COCOS
BACILOS
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ESPIRAIS
OUTRAS FORMAS
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Tamanho Celular
Exceções à regra...
 Restrições na disponibilidade de nutrientes 
podem determinar os limites superiores 
dos tamanhos de células procariotas 
(capacidade de reservar nutrientes);
 Por outro lado, a taxa metabólica de uma 
célula é inversamente proporcional ao 
quadrado do seu tamanho.
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Tamanho Celular e razão S/V: a vantagem de ser pequena
 Células procariotas grandes perdem competitivamente em relação às menores, que tem maior taxa 
metabólica e maior velocidade de reprodução/crescimento;
 Células pequenas apresentam maior área superficial em relação ao volume celular que as células 
grandes maior razão S/V maior troca de nutrientes por unidade de volume celular em 
comparação com células maiores;
 Células menores têm maior capacidade de 
evolução, em razão de se reproduzirem 
mais rapidamente (maior velocidade de 
replicação do DNA e maiores as chances de 
mutações).
De fora para dentro...
Fig. 4.6
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Estruturas externas à parede: Flagelos
 Apêndices proteicos longos, finos e helicoidais, com uma extremidade livre e outra ligada à célula;
 Podem ser distribuídos por toda a superfície celular (peritríqueo – peri = ao redor; tríqueo = pelo) 
ou nos polos (polar). Quando polares, podem ser monotríqueo ou lofotríqueo (lofo = tufo).
Estruturas externas à parede: Fímbrias
 Filamentos proteicos que se projetam da superfície celular;
 Conferem capacidade de adesão a superfícies, contribuindo para a formação de 
películas sobre uma superfície líquida e biofilmes sobre superfícies sólidas.
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Estruturas externas à parede: Pili
 Assemelham-se às fímbrias, porém são mais longos e estão em menor número (uma ou 
poucas cópias);
 Além de auxiliarem à fixação a superfícies (como as fímbrias), os pili têm outras duas 
funções: conjugação (pilus sexual) e motilidade pulsante (pili tipo IV – somente em 
bacilos).
Estruturas externas à parede: Cápsulas
 Matriz compacta e viscosa, constituída de 
polissacarídeos (maioria) ou proteínas;
 É externa à parede celular e não é considerada 
parte desta, pois não confere significativa 
resistência estrutural às células;
 Auxiliam na ligação do microrganismo a 
superfícies sólidas  podem formar uma 
espessa camada de células, denominada 
biofilme.
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PAREDE CELULAR
 Paredes celulares conferem forma e rigidez manutenção da vida celular;
 Células bacterianas mantêm alta concentração de solutos dissolvidos, de modo que, de 
maneira geral, os ambientes em que se encontram são hipotônicos em relação ao 
citoplasma  paredes celulares suportam essas pressões osmóticas.
Fig. 4.18
PAREDE CELULAR
 Dois grupos principais: Gram-positivos e Gram-negativos (em virtude da coloração de 
Gram, desenvolvida em 1884 pelo bacteriologista dinamarquês Hans Christian Gram);
 As diferenças na estrutura da parede celular correspondem à essência do processo de 
coloração de Gram  a parede de bactérias Gram-negativas é uma estrutura em 
multicamadas, enquanto a de Gram-positivas é constituída quase que totalmente por 
um único tipo de polímero: o peptideoglicano.
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Peptideoglicano
 É composto por um heteropolissacarídeo (cujos monossacarídeos são N-acetilglicosamina
e ácido N-acetilmurâmico, ligação b-1,4) ligado a aminoácidos, como Alanina, Ácido 
Glutâmico, Lisina ou Ácido Diaminopimélico, e Glicina  as cadeias polissacarídicas são 
interligadas por meio de ligações cruzadas com aminoácidos.
Peptideoglicano
 É composto por um heteropolissacarídeo (cujos monossacarídeos são N-acetilglicosamina e ácido 
N-acetilmurâmico, ligação b-1,4) ligado a aminoácidos, como Alanina, Ácido Glutâmico, Lisina ou 
Ácido Diaminopimélico, e Glicina  as cadeias polissacarídicas são interligadas por meio de 
ligações cruzadas com aminoácidos;
 Em Gram-positivas, cerca de 90% da parede celular corresponde ao peptideoglicano
(podendo chegar a 25 camadas).
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Parede celular de Gram-positivas
 Muitas Gram-positivas apresentam substâncias ácidas embebidas no peptideoglicano ácidos 
teicoicos poliálcoois que apresentam açúcares e aminoácidos aderidos  são ligados ao ácido 
N-acetilmurâmico dos peptideoglicanos;
 Quando ligados aos lipídeos da membrana plasmática, os ácidos teicoicos são chamados ácidos 
lipoteicoicos.
Lisozima e Protoplastos
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Parede celular de Gram-negativas
 Em Gram-negativas, somente cerca de 10% da parede celular total consiste em peptideoglicano. 
Em vez disso, a maior parte da parede celular é composta pela membrana externa segunda 
bicamada lipídica, porém de composição significativamente diferente da membrana plasmática;
 A membrana externa é rica em polissacarídeos  os lipídeos e os polissacarídeos estão ligados, 
formando um complexo  LPS (lipopolissacarídeo);
 A porção polissacarídica do LPS é formada por dois componentes: o polissacarídeo cerne e o 
polissacarídeo O;
 A porção lipídica do LPS é denominada lipídeo A, que difere dos lipídeos de membrana pois, no 
lugar do glicerol, apresenta um dissacarídeo composto por glicosamina-fosfato;
 O LPS substitui a maioria dos fosfolipídeos na metade externa da membrana externa (a estrutura 
interna da membrana externa é mais semelhante à membrana plasmática)
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Parede celular de Gram-negativas
 Embora permeável a pequenas moléculas, a membrana externa não é permeável a enzimas ou 
outras moléculas grandes  impede a saída de proteínas localizadas externamente à membrana 
plasmática  proporciona a alocação de enzimas no espaço compreendido entre a membrana 
plasmática e a membrana externa  periplasma;
 No periplasma encontram-se muitas enzimas hidrolíticas e receptores (entre eles, os envolvidos na 
resposta quimiotática).
Fig. 4.13
Coloração de Gram
1) O cristal violeta cora ambos tipos de células ao 
penetrar no citoplasma;
2) O lugol (solução de iodo) forma cristais com o 
corante, que são grandes para escapar pela parede;
3) O álcool dissolve a membrana externa das gram-
negativas e os cristais são lavados, difundindo-se pela 
fina camada de peptideoglicana (nas gram-
negativas);
4) Safranina (ou fucsina) cora de rosa as células Gram-
negativas, que estavam incolores.
Fig. 3.12
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MEMBRANA PLASMÁTICA
Fig. 4.14
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MEMBRANA PLASMÁTICA
6-8 nm
MEMBRANA PLASMÁTICA
 As proteínas presentes nas membranas estão organizadas em segmentos  são 
agrupadas  reunião de proteínas que interagem ou que exibem função similar.
Fig. 4.5
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MEMBRANA PLASMÁTICA
 Estrutura vital barreira que separa o 
conteúdo interno (citoplasma) do 
ambiente (meio extracelular);
 Permeabilidade seletiva  concentra 
metabólitos específicos dentro da célula e 
excreta dejetos;
 Rompimento  destruição da integridade 
celular  extravasamento do citoplasma 
morte celular.
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Transporte de solutos através da membrana plasmática
Alberts et al. (2011) Fundamentos da Biologia Celular, 3ª ed.
Fig. 12.4
Transporte passivo
 A biossíntese de proteínas transportadoras 
pode ser regulada pela célula. O conjunto 
específico de transportadores presentes na 
membrana em um determinado momento 
ocorre em função dos nutrientes presentes 
no ambiente em que as células se 
encontram.
Fig. 4.17
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Cotransporte
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Secreção de proteínas
 A exportação de proteínas é 
importante pois várias enzimas 
têm que atuar extracelularmente, 
como as hidrolíticas.
Inclusões Celulares
 Depósitos e reservas de substâncias  estão 
frequentemente presentes  atuam no 
armazenamento de energia ou como um 
reservatório de constituintes estruturais;
 O armazenamento de carbono em uma forma 
insolúvel é vantajoso para a célula, pois reduz o 
estresse osmótico que existiria caso a mesma 
quantidade da substância fosse armazenada em 
uma forma solúvel no interior do citoplasma;
 Um dos corpos de inclusão mais comuns em 
procariotos é o poli-b-hidroxibutirato, um 
lipídeo formado por várias unidades de b-
hidroxibutirato  PHB é sintetizado quando há 
um excesso de carbono  são clivados para uso 
desses carbonos na biossíntese de outros 
compostos ou para a liberação de energia 
(produção de ATP);
 O glicogênio também pode ser encontrado como 
reserva energética em procariotos.
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Inclusões Celulares
 Alguns procariotos quimiolitotróficos são capazes de oxidar compostos sulfurados 
reduzidos, como o sulfeto de hidrogênio (H2S)  acúmulo de enxofre elementar (S
0) 
em grânulos, que permanece até que se esgote o H2S (H2S é oxidado a S
0)  com o 
esgotamento do H2S, o S
0 é que será oxidado a sulfato (SO4
2-)  grânulos 
gradualmente desaparecem
Vesículas de Gás
 Alguns procariotos são planctônicos –
apresentam existência flutuante na coluna 
d’água  eles contêm vesículas de gás;
 Vesículas de gás são estruturas fusiformes, 
preenchidas por gás e constituídas de 
proteínas  são ocas e rígidas
 Sua estrutura proteica é impermeável a 
água e a solutos, mas permeável aos gases; 
 As vesículas de gases reduzem a densidade da 
célula, consequentemente aumentando sua 
flutuabilidade.
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Vesículas de Gás
Endósporos
 Endósporos são células altamente diferenciadas que exibem extrema resistência ao calor, 
produtos químicos e radiação  atuam como estruturas de sobrevivência e permitem ao 
organismo resistir a situações difíceis  estágio latente de uma bactéria;
 Durante a formação do endósporo, uma célula vegetativa é convertida em uma estrutura 
resistente ao calor 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.
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Endósporos
Endósporos
 Endósporos apresentam várias camadas 
não encontradas em células vegetativas;
 A camada mais externa é o exospório (um 
envoltório proteico delgado);
 Internamente ao exospório, está a capa 
do esporo (também proteica);
 Abaixo da capa, está o córtex, que 
consiste em peptideoglicano;
 No interior do córtex, está o cerne, que 
contem membrana plasmática e os 
constituintes citoplasmáticos.
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Endósporos
 O ácido dipicolínico está presente nos endósporos e ausente nas células vegetativas 
 essa substância foi encontrada em todos os endósporos examinados;
 O ácido dipicolínico fica no cerne, que é rico em cálcio  complexa-se com este ácido 
 o complexo (dipicolinato de cálcio) formado representa cerca de 10% do peso seco 
do endósporo  atua promovendo a desidratação e intercalando-se entre as base de 
DNA (protegendo essa molécula contra a desnaturação térmica);
 O cerne também tem altas concentrações de Pequenas Proteínas Ácido-Solúveis 
(PPAS’s)  protegem o DNA contra efeitos de radiação e atuam como fontes de 
carbono e energia quando o endósporo passar por germinação.
Fig. 4.43
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Locomoção Bacteriana
 A motilidade permite que as células alcancem regiões diferentes de seus ambientes. A 
movimentação para uma nova localização pode oferecer à célula novos recursos, representando a 
diferença entre viver e morrer.
Estrutura e movimentação do flagelo
 Os flagelos permitem o movimento natatório;
 Não são retos  exibem morfologia helicoidal;
 O filamento dos flagelos é composto por várias 
cópias de flagelina;
 Movimenta-se por rotação, similar a hélice de um 
barco;
 A base do flagelo é estruturalmente distinta do 
filamento  o gancho, que é composto por um 
único tipo de proteína e conecta o filamento a 
porção motora na base;
 O corpo basal (que ancora-se à parede e à 
membrana) possui um bastão central que 
atravessa uma série de anéis;
 O conjunto de proteínas Mot (que circundam os 
anéis C e MS) é ancorado à membrana 
plasmática;
 As proteínas Fli atuam como um alternador 
(revertendo a direção de rotação do flagelo);
 A energia necessária à rotação do flagelo é 
oriunda da força próton motriz (retorno dos 
prótons ao citoplasma por meio das proteínas 
Mot).
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Estrutura e movimentação do flagelo
Locomoção Bacteriana
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Locomoção Bacteriana
Taxia
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Unidades repetitivas 
(em sequência) 
de isopreno
Diferenças de Archaea
Ácidos graxos
Covalentemente 
ligadas
Diferenças de Archaea
São bastante resistentes à 
alta temperatura
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Diferenças de Archaea