02 Citologia Bacteriana

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19/02/2011
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MORFOLOGIA E ULTRA
ESTRUTURA DA CÉLULA
PROCARIÓTICA
Professor:
Dr. Ricardo Guerra
A A CÉLULACÉLULA PPROCARIÓTICAROCARIÓTICA
OrganizaçãoOrganização BásicaBásica
�� ParedeParede celularcelular
�� MembranaMembrana plasmáticaplasmática
�� CitoplasmaCitoplasma
� Água (80%), proteínas, carboidratos, lipídeos, íons orgânicos,
compostos de baixo peso molecular) – não possui citoesqueleto.
�� ÁreaÁrea NuclearNuclear ouou NucleóideNucleóide
�� DNADNA circularcircular dede dupladupla fitafita (cromossomo bacteriano), fixado à
membrana plasmática
�� PlasmídeoPlasmídeo: pequeno DNA circular de dupla fita de replicação
independente.
�� RibossomosRibossomos
� Conferem aspecto granular ao citoplasma.
� 70S – 2 Subunidades (30S+50S); sensível à ação de antibióticos.
�� GrânulosGrânulos dede InclusõesInclusões
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MMATERIALATERIAL GGENÉTICOENÉTICO
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�� CompostosCompostos porpor RNArRNAr ++ ProteínasProteínas
�� CaracterizadosCaracterizados pelopelo coeficientecoeficiente dede sedimentação,sedimentação, expressoexpresso emem
unidadesunidades SvedbergSvedberg (S(S).
�� ProcariotosProcariotos:: 7070SS
� contém uma subunidade grande (50S) e uma pequena (30S)
�� EucariotosEucariotos:: 8080SS
� contém uma subunidade grande (60S) e uma pequena (40S)
RRIBOSSOMOSIBOSSOMOS
PPLASMÍDEOSLASMÍDEOS
DNADNA circularcircular pequeno,pequeno, dede dupladupla fita,fita, queque sese replicareplica
independentementeindependentemente dodo cromossomocromossomo bacterianobacteriano
� São elementos genéticos extra‐cromossômicos: não estão
conectados ao cromossomo bacteriano principal.
�� replicamreplicam‐‐sese independentementeindependentemente dodo DNADNA cromossômicocromossômico
� Podem ser ganhos ou perdidos sem
lesar as células.
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�� ContémContém dede 55 aa 100100 genesgenes não cruciais para a sobrevivência da
bactéria em condições ambientais normais.
�� TransferênciaTransferência dede genesgenes::
� resistência aos antibióticos, tolerância aos metais tóxicos, produção de
toxinas e síntese de enzimas.
�� PodemPodem serser utilizadosutilizados parapara aa manipulaçãomanipulação genéticagenética..
PPLASMÍDEOSLASMÍDEOS
MMORFOLOGIAORFOLOGIA CELULARCELULAR
CCocooco Bacilo ou BastoneteBacilo ou Bastonete
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MMORFOLOGIAORFOLOGIA CELULARCELULAR
EspiraisEspirais FormaForma dede estrela:estrela: StellaStella
FormaForma quadradaquadrada ee plana:plana: HaloarculaHaloarcula
TTAMANHOAMANHO DASDAS CCÉLULASÉLULAS
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MMYCOPLASMAYCOPLASMA –– ASAS MENORESMENORES
FamiliaFamilia MycoplasmataceaeMycoplasmataceae
� 2 gêneros: Mycoplasma e Ureaplasma
� São os menores procariotos capazes de se multiplicar de modo
independente (0,2 – 0,3 µm).
�� NãoNão possuipossui paredeparede celularcelular
� Pleomórficos – não possuem forma definida
�� MembranaMembrana possuipossui colesterolcolesterol
� Característica de membranas celulares animais
�� GenomaGenoma pequenopequeno ((580580 –– 22002200 kpbkpb))
TTAMANHOAMANHO DASDAS CÉLULASCÉLULAS ‐‐‐‐‐‐‐‐ GIGANTESGIGANTES
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PPAREDEAREDE CELULARCELULAR
� Estrutura complexa, semi‐rígida que confere forma à célula.
�� VisualizaçãoVisualização individualizadaindividualizada somentesomente emem microscopiamicroscopia eletrônicaeletrônica..
�� ImportânciaImportância clínicaclínica ee taxonômicataxonômica..
� Previne a ruptura da célula – fornece rigidez contra a
pressão osmótica.
�� meiomeio intracelularintracelular éé geralmentegeralmente maismais concentradoconcentrado emem solutossolutos queque
oo meiomeio externoexterno
PPAREDEAREDE CELULARCELULAR –– COMPOSIÇÃOCOMPOSIÇÃO EE ESTRUTURAESTRUTURA
� Peptideoglicano (ou mureína)
� principal componente da camada rígida da parede celular
� só encontrado no Domínio Bacteria
� Unidades repetidas de um dissacarídeo 
11-- NN--acetilglicosaminaacetilglicosamina (NAG)(NAG)
22-- Ácido Ácido NN--acetilacetil--murâmicomurâmico (NAM)(NAM)
�� MoléculasMoléculas alternadasalternadas de NAMNAM e NAGNAG são
ligadas formando grandes “filasfilas” com 10 a
60 unidades formando um “esqueletoesqueleto” de
carboidratos.
NAGNAG NAMNAM NAGNAG NAMNAM NAGNAG NAMNAM
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�� Filas adjacentes de carboidratos (NAM e NAG) são ligadas por cadeias Filas adjacentes de carboidratos (NAM e NAG) são ligadas por cadeias 
laterais de laterais de tetrapeptódeostetrapeptódeos
�� Sempre composta por 4 aminoácidos unidos ao NAM da fila de carboidratosSempre composta por 4 aminoácidos unidos ao NAM da fila de carboidratos
�� Os aminoácidos ocorrem em um padrão alternado de isômeros D e L Os aminoácidos ocorrem em um padrão alternado de isômeros D e L 
�� Isômero D Isômero D -- forma incomum na natureza encontrado nas paredes celulares e em forma incomum na natureza encontrado nas paredes celulares e em 
alguns antibióticosalguns antibióticos
�� Cadeias laterais de Cadeias laterais de tetrapeptídeostetrapeptídeos
PPAREDEAREDE CELULARCELULAR –– COMPOSIÇÃOCOMPOSIÇÃO EE ESTRUTURAESTRUTURA
�� PodemPodem sese ligarligar diretamentediretamente –– maioriamaioria dasdas GramGram ((--))
�� SeSe ligaremligarem porpor umauma ponteponte cruzadacruzada peptídicapeptídica –– cadeiacadeia curtacurta dede aminoácidosaminoácidos
OrganizaçãoOrganização dasdas unidadesunidades repetitivasrepetitivas formandoformando acamada de acamada de peptideoglicanopeptideoglicano..
a)a) LigaçãoLigação cruzadacruzada emem bactériasbactérias gramgram‐‐negativasnegativas ((E.E. colicoli).).
b)b) PontePonte interpeptídicainterpeptídica de glicina em bactérias de glicina em bactérias gramgram‐‐positivaspositivas ((S.S. aureusaureus).).
c)c) Várias fitasVárias fitas dede peptídeoglicanopeptídeoglicano unidas por ligações cruzadas.unidas por ligações cruzadas.
(Fonte: Madigan et al., 2004).
PPAREDEAREDE CELULARCELULAR -- COMPOSIÇÃOCOMPOSIÇÃO EE ESTRUTURAESTRUTURA
LisozimaLisozima –– lágrima,lágrima, saliva,saliva, bacteriófagosbacteriófagos
•• QuebraQuebra asas ligaçõesligações glicosódicasglicosódicas ββ11--44 entreentre aa
NAGNAG--NAMNAM
PenicilinaPenicilina –– antibióticoantibiótico
•• ImpedeImpede aa formaçãoformação dada ponteponte cruzadacruzada ––
enfraqueceenfraquece aa paredeparede celularcelular ee produzproduz liselise
osmóticaosmótica..
Local de ação da penicilinaLocal de ação da penicilina
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PPAREDESAREDES CCELULARESELULARES DEDE BBACTERIAACTERIA
�� MuitasMuitas camadascamadas (até(até 2525)) dede peptideoglicanopeptideoglicano
� corresponde a 90% da parede.
� Apresentam ácido teicóico (polissacarídeo ácido, com resíduo de glicerol
fosfato ou ribitol fosfato),
� confere carga negativa à superfície celular, regulando o movimento de íons + na
célula.
� responsáveis pela especificidadeespecificidade antigênicaantigênica da parede tornando possível a
identificaçãoidentificação dede bactériasbactérias emem testestestes laboratoriaislaboratoriais
PPAREDEAREDE CCELULARELULAR GGRAMRAM (+)(+)
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�� Membrana externaMembrana externa
� composta de lipopolissacarídeo (LPS) lipoproteínas e fosfolipídeos
�� PeriplasmaPeriplasma –– espaçoespaço entreentre aa MPMP ee aa MEME
� fluido com alta concentração de enzimas, proteínas de transporte e 
quimiorreceptores.
� Uma ou poucas camadas de peptideoglicano (não contém ácido não contém ácido teicóicoteicóico)
PPAREDEAREDE CCELULARELULAR GGRAMRAM ((--))
�� OO LPSLPS éé umauma moléculamolécula formadaformada porpor 33 regiõesregiões diferentesdiferentes::
� Lipídeo A, Polissacarídeo Interno e Polissacaídeos O-específico.
� LípídeoLípídeo AA –– ligaliga--sese aosaos fosfolipídeosfosfolipídeos dada MEME formandoformando umauma bibi--
camadacamada
�� PropriedadePropriedade tóxicatóxica GramGram ((--)): associada ao lipídeo A (endotoxina) do LPS.
�Exemplos de gêneros patogênicos: Escherichia, Salmonella e Shigella.
�� PolissacarídeosPolissacarídeos OO dodo LPSLPS atuamatuam comocomo antígenosantígenos
� utilizados para diferenciar espécies de bactérias gram‐negativas.
PPAREDEAREDE CCELULARELULAR GGRAMRAM ((--))
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�� Membrana externa Membrana externa 
�� PermeávelPermeável aa pequenaspequenas moléculasmoléculas pelapela presençapresença dede porinasporinas:
�� permitempermitem aa passagempassagem dede moléculasmoléculas hidrofílicashidrofílicas dede baixabaixa massamassa molecularmolecular
(nucleotídeos, dissacarídeos, peptídeos, aminoácidos, vitamina B12 e ferro).
�� barreirabarreira parapara certoscertos antibióticosantibióticos (penicilina),(penicilina), enzimasenzimas digestivasdigestivas (lisozima),(lisozima),
metaismetais pesados,pesados, detergentesdetergentes.
PPAREDEAREDE CCELULARELULAR GGRAMRAM ((--))
PorinaPorina –– proteínaproteína
associadaassociada àà membranamembrana
HansHans ChristianChristian GramGram –– 18841884
�� FixaçãoFixação dodo esfregaçoesfregaço
CCOLORAÇÃOOLORAÇÃO DEDE GGRAMRAM
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�� ProcedimentosProcedimentos
CCOLORAÇÃOOLORAÇÃO DEDE GGRAMRAM
�� Cristal VioletaCristal Violeta
� Se infiltra na parede celular e cora as células de roxo
�� Solução de Iodo (Solução de Iodo (LugolLugol) ) -- MordenteMordente
� Substância que fixa o corante no interior da célula
� Forma um complexo com o Cristal Violeta e se fixam na camada de peptideoglicano.
�� OO tratamentotratamento comcom álcoolálcool
�� BactériasBactérias GramGram ((--))
� extrai os lipídeos da ME resultando em uma porosidade ou permeabilidade
aumentada da parede celular
� complexo Cristal Violeta – Iodo (CV-I) é retirado com a lavagem: As bactérias
são descoradas.
�� BactériasBactérias GramGram (+)(+)
� parede celular de composição diferente: se desidrata durante o tratamento com
álcool, diminuindo a porosidade e o complexo CV-I não pode ser extraído.
� As bactérias permanecem violetas
�� ColoraçãoColoração pelapela SafraninaSafranina
� Contra-corante –– coracora asas GramGram ((--)) dede vermelho,vermelho, facilitandofacilitando suasua visualizaçãovisualização.
� Gram (+) permanecem coradas de violeta
OO mecanismomecanismo dada coloraçãocoloração dede GramGram se se 
refererefere à composiçãoà composição dada paredeparede celular:celular:
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CCOLORAÇÃOOLORAÇÃO DEDE GGRAMRAM
CCOLORAÇÃOOLORAÇÃO DEDE GGRAMRAM
GRAM +GRAM + GRAM GRAM --
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CCARACTERÍSTICASARACTERÍSTICAS COMPARATIVASCOMPARATIVAS ENTREENTRE GGRAMRAM ((––) ) EE (+)(+)
ESTRUTURASESTRUTURAS EXTERNASEXTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
GlicocáliceGlicocálice
� cápsulas e camadas limosas
� Maior parte de naturezanatureza polissacarídicapolissacarídica (exopolissacarídeos -
EPS).
�� ComposiçãoComposição variávelvariável nasnas diferentesdiferentes espéciesespécies.
� Proporcionam aderênciaaderência entreentre aa bactériabactéria ee superfíciessuperfícies: tecido
hospedeiro (células do pulmão, dentes, implantes)
FormaçãoFormação dede BiofilmeBiofilme BacterianoBacteriano
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�� CápsulaCápsula
�� CamadaCamada viscosaviscosa dede polissacarídeospolissacarídeos -- formaforma umauma camadacamada compactacompacta
aoao redorredor dada célulacélula
�� DificultamDificultam oo reconhecimentoreconhecimento ee destruiçãodestruição pelaspelas célulascélulas fagocitáriasfagocitárias
do sistema imune – relacionado à virulência
� Streptococcus pneumoniae com e sem cápsula
�� OferecemOferecem resistênciaresistência àà dessecaçãodessecação
�� muitas moléculas de água associadas.
� Aplicação industrial: espessantes – goma xantana
� Xanthomonas campestris.
ESTRUTURASESTRUTURAS EXTERNASEXTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
ESTRUTURASESTRUTURAS EXTERNASEXTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
�� CápsulaCápsula
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FlagelosFlagelos
�� AssociadoAssociado àà locomoçãolocomoção dada célulacélula, oferece vantagem na exploração
dos recursos dos ambientes.
� Apêndices longos e finos (~20 nm de espessura).
� Único ou vários, em diferentes arranjos.
ESTRUTURASESTRUTURAS EXTERNASEXTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
EstruturaEstrutura dodo flageloflagelo procarióticoprocariótico
� Semirígida helicoidal (não fica reto).
� Composição: motor,motor, gancho egancho e filamento.filamento.
�� Motor (Corpo Basal)Motor (Corpo Basal)
� ancorado na MP e parede (bastão + anéis)
� proteínas Mot. (rotação) e Fli (reversão do 
sentido de rotação).
�� GanchoGancho
� base mais rígida – curvatura do flagelo.
�� FilamentoFilamento
� formado por subunidades de flagelina.
�� EnergiaEnergia parapara rotaçãorotação
�� movimentomovimento dede prótonsprótons nana membranamembrana, passando 
pelo complexo complexo MotMot (força próton motiva)
� passagem de 1.000 prótons para cada rotação
� Velocidade até 60 comprimentos celulares/ 
segundo (guepardo –25)
ESTRUTURASESTRUTURAS EXTERNASEXTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
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�� O O CorpoCorpo Basal do Basal do flageloflagelo é é formadoformado pelopelo bastãobastão central central inseridoinserido emem umauma
sériesérie de de anéisanéis protéicosprotéicos.
�� BactériasBactérias gram (gram (--) ) apresntamapresntam 2 pares de 2 pares de anéisanéis
� anéis externos estão acorados à parede celular
� anéis internos estão ancorados à membrana plasmática
�� BactériasBactérias gram (+) gram (+) apresentamapresentam apenasapenas o par o par internointerno
ESTRUTURASESTRUTURAS EXTERNASEXTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
FímbriaFímbria
� Microfibrilas protéicas presentes em muitas espécies de Gram (-)
� Mais curtas e mais numerosas que flagelos
�� Função:Função:
� ancoramento da bactéria (adesão – patogenicidade)
ESTRUTURASESTRUTURAS EXTERNASEXTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
NeisseriaNeisseria gonorrhoeaegonorrhoeae – agente causador
da gonorréia: fímbrias ajudam a colonização
das membranas mucosas.
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PiliPili
�� PiliPili (singular(singular PilusPilus):):
� mais longos que as fímbrias, há apenas um ou dois por célula.
� mesma estrutura das fímbrias
�� FunçãoFunção sexualsexual
� auxilia a aproximação entre duas células bacterianas para 
que ocorra transferência de DNA.
ESTRUTURASESTRUTURAS EXTERNASEXTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
MembranaMembrana citoplasmática citoplasmática ‐‐ EstruturaEstrutura
� Composição:
� Bicamada de fosfolipídios – modelo mosaico fluído
� Bacteria não possui colesterol - presente na MP dos eucariotos
� Confere maior rigidez à MP
ESTRUTURASESTRUTURAS INTERNASINTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
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Membrana citoplasmática ‐ principais funções
�� Seletividade:Seletividade:
� Barreira para a maior parte das moléculas solúveis em água, é muito mais 
seletiva que a Parede Celular.
�� MembranaMembrana é permeávelé permeável à água à água 
� transporte de água pode ser acelerado pela presença da aquaporina
ESTRUTURASESTRUTURAS INTERNASINTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
�� PermeasesPermeases::
� proteínas específicas que transportam
pequenas moléculas para dentro da
célula.
�� EnzimasEnzimas::
� auxiliam a síntese da Parede Celular
�� DobrasDobras internasinternas dada MPMP
� enzimas relacionadas à produção de
energia (respiração e fotossíntese)
� O estado energizado da MP é responsável pela realização de
funções que requerem energia:
� movimentação e biossíntese de ATP.
ESTRUTURASESTRUTURAS INTERNASINTERNAS À PAREDE CELULARÀ PAREDE CELULAR
Processos de difusão através da membranaProcessos de difusão através da membrana
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INCLUSÕESINCLUSÕES DADA CÉLULACÉLULA BACTERIANABACTERIANA
�� FunçãoFunção::
� armazenamento de energia ou como reservatóriode constituintes
estruturais.
� Geralmente envolvidas por uma fina camada de lipídeos
�� PolímerosPolímeros dede armazenamentoarmazenamento dede carbonocarbono
� PHB (ácido poli‐β‐hidroxibutírico): natureza lipídica
� Glicogênio e Amido (polímeros de glicose)
�� GrânulosGrânulos dede polifosfatopolifosfato ((volutinavolutina))::
� reserva de fosfato inorgânico para ser usado na
síntese de ATP (encontrados em bactérias, algas,
fungos e protozoários).
�� GrânulosGrânulos dede enxofreenxofre
� Bactérias enxofre-oxidantes – gênero Thiobacillus,
obtenção de energia pela oxidação de compostos
contendo enxofre, os grânulos funcionam como fonte
de energia
INCLUSÕESINCLUSÕES DADA CÉLULACÉLULA BACTERIANABACTERIANA
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MagnetossomosMagnetossomos::
� partículas intracelulares de magnetita (Fe3O4) em algumas bactérias
gram (‐)
� originam um dipolo magnético na célula, que pode responder aos campos
geomagnéticos.
� Função provável relacionada ao movimento de atração magnética a
sedimentos onde [ ] de O2 é menor.
INCLUSÕESINCLUSÕES DADA CÉLULACÉLULA BACTERIANABACTERIANA
Células apresentando Células apresentando magnetossomosmagnetossomos em seu em seu 
interior (corpúsculos negros enfileirados)interior (corpúsculos negros enfileirados)
(Adaptado de Prescott (Adaptado de Prescott etet al., al., MicrobiologyMicrobiology, 2000), 2000)
Bactérias se movendo em direção a um Bactérias se movendo em direção a um 
campo magnéticocampo magnético
(Adaptado de Prescott (Adaptado de Prescott etet al., al., MicrobiologyMicrobiology, 2000), 2000)
�� VesículasVesículas dede gás:gás:
� em procariotos aquáticos (cianobactérias, fotossintéticas),
com função de aumentar a flutuabilidade.
INCLUSÕESINCLUSÕES DADA CÉLULACÉLULA BACTERIANABACTERIANA
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EENDÓSPOROSNDÓSPOROS
�� EstruturasEstruturas dede resistênciaresistência aosaos ambientesambientes desfavoráveis,desfavoráveis, carênciacarência dede
nutrientesnutrientes..
� Proteção: calor, agentes químicos, dessecação e radiação
�� GeralmenteGeralmente emem bactériasbactérias dodo solo,solo, GramGram(+)(+)
� Descritos em cerca de 20 gêneros de Bacteria
� Não se observou em Archaea.
�� BemBem estudadosestudados nosnos gênerosgêneros ClostridiumClostridium ee BacillusBacillus.
� Podem permanecer dormentes por tempos longos
�� ClostridiumClostridium aceticumaceticum: 34 anos, frasco perdido em depósito da
Universidade da Califórnia.
�� ThermoactinomycesThermoactinomyces: 2.000 anos – fragmentos de ruínas de sítio
arqueológico romano.
Esporos em: Esporos em: BacillusBacillus anthracisanthracis
EstruturaEstrutura dodo EndósporoEndósporo
� Camadas adicionais e externas à PC que protegem o DNA
� formadas por proteínas e ácido dipicolínico.
�� NúcleoNúcleo:: parcialmenteparcialmente desidratadodesidratado
� contém 70-90% menos água do que a célula vegetativa ‐
inativa as enzimas aumenta a termoresistência.
EENDÓSPOROSNDÓSPOROS
�� ApresentaApresenta altasaltas [[ ]] dede PPASsPPASs
�� pequenaspequenas proteínasproteínas dede ácidoácido solúveissolúveis dede esporoesporo:
liga‐se ao DNA, protege de danos causados por
radiação, calor seco e dessecamento.
� pode ser utilizado como fonte de energia e
carbono na germinação do esporo.
�� ÁcidoÁcido dipicolínicodipicolínico:: exclusivoexclusivo dosdos esporosesporos,
� corresponde a 10% do peso seco do esporo.
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PosiçãoPosição dosdos endósporosendósporos: (a)(a) Endosporo central de
Bacillus megaterium (40.500x); (b)(b) Endosporo sub-terminal
de B. antrhacis (38.000x); (c)(c) Endosporo terminal, na
extremidade de uma célula de Clostridium tetani (14.000x).
EENDÓSPOROSNDÓSPOROS
(a)(a) (b) (b) 
(c)(c)
FFORMAÇÃOORMAÇÃO DODO ENDÓSPOROENDÓSPORO
�� CondiçãoCondição dede limitaçãolimitação dede umum ouou maismais nutrientesnutrientes essenciaisessenciais --
sinalsinal ambientalambiental
� Em B. subtilis, ~ 200 genes envolvidos no processo de
esporulação.
�� ProcessoProcesso completocompleto podepode levarlevar 88 horashoras..
�� InterrupçãoInterrupção dada síntesesíntese dede proteínasproteínas envolvidas nas funções da
célula vegetativa
�� AtivaçãoAtivação dada síntesesíntese dasdas proteínasproteínas específicasespecíficas dodo esporoesporo
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�� AtivadaAtivada porpor lesãolesão físicafísica (aquecimento) ouou químicaquímica no revestimento
do esporo.
�� EnzimasEnzimas dodo endósporoendósporo rompemrompem asas camadascamadas extrasextras.
�� IntumescimentoIntumescimento devidodevido àà entradaentrada dede águaágua; síntese de novas
moléculas de RNA, proteínas e DNA (sese asas condiçõescondições nutricionaisnutricionais
foremforem favoráveisfavoráveis).
GGERMINAÇÃOERMINAÇÃO DODO ENDÓSPOROENDÓSPORO