Aula 4 - célula procariótica

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Aula 4: 
Estrutura e morfologia das células 
procarióticas 
Microbiologia Geral 
Prof. Thiago Corrêa de Souza 
Universidade Federal de Alfenas 
Instituto de Ciências da Natureza (ICN) 
Procariontes vs. Eucariontes - revisão 
Procariontes 
-Sem núcleo 
-Sem organelas envoltas por 
membranas 
-Parede celular contém 
Peptideoglicano 
-Tamanho: menos de vários 
micrômetros 
- DNA circular, sem histonas 
- Divisão: fissão binária 
Eucariontes 
-Núcleo 
-Organelas envoltas por 
membranas 
-Sem Peptideoglicano, se a 
parede celular estiver 
presente 
-Tamanho: pode ser 10 vezes 
maior 
-DNA em múltiplos 
cromossomos, presença de 
histonas. 
- Divisão: mitose 
Esquemas VS Microscopia 
Apêndices: pili (singular-pilus) e flagelos 
Estrutura da célula bacteriana (Eubactérias e 
arqueobactérias) 
Lembrando....bactérias 
 
-Além de estarem ligadas a doenças patogênicas 
possuem grandes funções nos ecossistemas: 
 
+responsáveis pela reciclagem da matéria orgânica 
morta 
 
+fixação do nitrogênio (fertilidade do solo) 
 
+decomposição de poluentes no solo 
 
+fabricação de fármacos, bebidas lácteas... 
 
+etc... 
O estudo da estrutura e da morfologia bacteriana é de 
fundamental importância na bacteriologia 
 
-Existem vários tipos de bactérias (classificação) e sua 
diferenciação pode ser feita pela sua forma 
(morfologia) constituição química; fisiologia (nutrição e 
bioquímica; fonte de energia) 
 
 
 
Tamanho, formato e arranjo das células 
bacterianas 
 Tamanho: 
 
Comprimento= 0,2 a 2 μm Diâmetro= 2 a 8 μm 
 Resolução humana – 100 μm 
Bactérias são seres microscópicos 
Então precisamos de Microscópio óptico (0,2 μm) e 
microscópio eletrônico (1nm) 
 
Tamanho, formato e arranjo (subtipos 
morfológicos) das células bacterianas 
 Formato 
 
Existem 3 formas comuns de bactérias 
Cocos (ovaladas e arredondadas) 
Bacilos (forma de bastão, bastonetes, são alongadas) 
Espiral (possui 1 ou mais curvaturas – forma helicoidal) 
 
 
 
 
Existem outras formas 
Algumas estruturas são comuns a todas as espécies e 
outras estão presentes em certas espécies ou somente 
sob determinadas condições ambientais. 
 
A maioria são monomórficas (possuem apenas uma 
forma/tamanho). Mas existem bactérias pleimórficas 
(possui mais formas como o gênero Rhizobium sp.) 
 
 As células bacterianas possuem estruturas externas, 
fixadas à parede celular e estruturas internas. 
 
Para facilitar o estudo, pode-se dividir as estruturas 
em: 
Estruturas externas a parede celular 
Parede celular propriamente dita 
Estruturas internas a parede celular 
 
Estruturas externas a parede celular 
 Glicocálice ou Glicocálix 
 
-É um polímero viscoso e gelatinoso que reveste as 
células bacterianas externamente a parede. 
 
-Quando está aderido a parede celular = cápsula 
 
-Quando não aderido a parede celular = camada 
mucosa ou limosa 
 
-Constituição: Polissacarídeos e/ou polipeptídeos 
 
 
-Sua produção depende de condições nutricionais e 
ambientais (temperatura, oxigênio, etc) 
 
-Esta presente na maioria das bactérias 
 
-Pode ser observada com coloração negativa: 
 
 
Espécie de 
Streptococcus 
mostrando a cápsula 
Cápsula de 
Rhizobium trifolii 
 A Função do glicocálix depende da 
espécie bacteriana 
Protege as bactérias patogênicas da fagocitose 
Evita a adsorção e lise da célula bacteriana por 
bacteriófagos 
Protege a célula contra dessecamento temporário 
Promove aderência bacteriana: em rochas, raízes de 
plantas, dentes humanos 
Formação de biofilmes (camada de células, com massa 
capsular comum, que se aderem a superfícies) 
Determinar a virulência (grau que um patógeno causa 
doença). Bactérias Streptococcus pneumoniae só pode 
causar a doença se estiver encapsulada. 
Flagelos 
Estrutura externa a parede celular 
Filamentos finos, de forma helicoidal 
Função: locomoção 
Diâmetro: 12 a 20 nm (1 nm = 1/1.000 m) 
 Seu comprimento pode ser até maior do que o da célula 
(15 a 20 m) 
Ausente nos cocos (bactérias atríquias) e presente nos 
bacilos e espirilos 
Funcionam por rotação (horário; anti-horário), semelhante 
ao movimento saca-rolhas, movendo a bactéria através do 
líquido (3.000 vezes o seu comprimento por minuto ). Em 
eucariotos: locomovem por movimentos ondulatórios. 
 
 
Constituintes do flagelo: 
 Corpo basal, Gancho, Filamento helicoidal 
 
Os anéis do corpo basal permitem a rotação do flagelo 
Se estendem a partir da membrana citoplasmática e 
atravessam a parede celular 
Filamento - composto 
por proteínas chamadas 
flagelinas 
Anel L (LPS) 
Anel P (peptidioglicano) 
Anel S (superfície) 
Anel M (mebrana) 
 
Gram negativa – 4 
Gram positiva – 3 (sem o L) 
Os flagelos estão em diferentes números e arranjos 
Tipos de flagelos polares: 
 Monotríquio: 
flagelo único localizado em 
um dos pólos da célula 
Lofotríquios: 
Dois ou mais flagelos em 
um ou ambos os pólos da 
célula 
Anfitríquios: um único 
flagelo em ambos os 
pólos da célula 
Peritríquios: distribuição 
ao acaso dos flagelos em 
toda a superfície da célula 
TAXIA 
Correm: flagelos giram em sentido a um estímulo, formando 
uma única estrutura em forma de corda. 
-Quimiotaxia :Movimento coordenado pela presença de 
substâncias químicas. 
- aerotaxia: nadam para regiões que contém concentrações 
favoráveis de oxigênio dissolvido. 
- fototaxia: bactérias fotossintéticas nadam para regiões 
com intensidade de luz favoráveis. 
Espiroquetas – ou filamento axial origina nos polos da 
células e gira em torno do corpo celular – responsáveis 
pelo movimento saca-rolhas 
Estrutura similar ao flagelo (endoflagelos) 
Filamentos axiais 
 
Treponema pallidum: filamentos axiais ou endoflagelos 
São feixes de fibrilas que se originam na extremidade da 
célula, sob uma bainha externa e fazem uma espiral em 
torno da mesma 
Pili e/ou Fímbria 
Estrutura externa a parede celular 
São apêndices retos e finos medindo de 3 a 10 nm de 
diâmetro (curtos) 
Só podem ser observados ao microscópio eletrônico 
São constituídos de uma proteína chamada pilina 
São mais numerosos que os flagelos 
Não estão relacionados a motilidade 
A maioria têm função de adesão da célula bacteriana à 
outras células ou superfícies (infecção) 
Fimbrias de Escherichia coli 
A fímbria help de E. coli fixa a célula ao intestino prevenindo 
expulsão da célula bacteriana 
Fímbrias de Salmonella typhi em divisão 
O pilus F (pilus sexual) está envolvido na reprodução 
sexual da bactéria Escherichia coli. 
A célula doadora, portadora de plasmídeo F, sintetiza o 
pilus F ou sexual. 
Esta estrutura mantém a célula doadora unida à célula 
receptora durante a conjugação 
Conjugação: processo de transferência de material 
genético entre células. 
Diferentes tipos 
de pili estão 
associados com 
funções distintas. 
Parede celular 
 Função: 
 
-Proteção contra lise celular (devido entrada e saída de 
água) parede resistente 
-Proporciona a forma da bactéria 
 
 Constituição química: 
Principal constituinte: Peptideoglicano que são polímeros 
de dissacarídeos de N-acetilglicosamina (NAG) e ácido 
acetilmurâmico (NAM) 
Parede celular 
Adjacente a cadeia de dissacarídeos, há polipeptídeos 
(parte peptídica). Esses são tetrapeptídeos de 
aminoácidos na forma estereoisômera destrógira (d) e 
levógira (L). No restante dos organismos há apenas L. 
 
-Entre essa cadeia de peptídeo pode ocorreroutras 
cadeias de aa que fazem uma interligação (entre cadeias) 
chamadas de pontes cruzadas peptídicas (ação das 
penicilinas). 
 
-Existem diferenças entre bactérias gram positivas e 
negativas. 
 
-As gram positivas: possuem ácidos teicóicos na camada 
de peptídeoglicana que é bem espessa! 
Peptideoglicano: principal componente da parede celular das 
bactérias 
Peptideoglicano (mureína): polímero poroso e insolúvel de grande 
resistência, encontrado somente em procariotos 
• parte proteína (peptido-) 
• parte polissacarídeo (-glicano) 
Parte polissacarídea: cadeias longas de N-acetilglicosamina (NAG) e ácido 
N-acetilmurâmico (NAM) 
Parte proteína: tetrapeptídeo (4 aa) 
Ácidos teicóicos e 
peptideoglicanos em B. subtilis 
Johnson, K. J., 2006 
-Os ácidos teicóicos de parede e os lipoteicóicos são 
importantes na troca iônica de cátions (íons positivos) 
devido sua carga negativa do grupo fosfato e também são 
considerados como antígenos. 
 
Parede celular de bactéria Gram positiva 
Ácido teicóico 
Peptideoglicano 
Ácido lipoteicóicos 
Parede 
celular 
Membrana 
citoplasmática 
Ácido teicóico: unidades de glicerol ou ribitol ligadas a 
grupos fosfatos – integridade estrutural 
Parede celular de bactéria Gram negativa 
lipoproteína 
peptidoglicano 
Espaço 
periplasmático 
Membrana 
externa 
porina lipopolissacarídeo 
Membrana 
citoplasmática 
Membrana externa das bactérias Gram negativas 
Bicamada- face interna 
composta por fosfolipídeos; 
face externa composta por 
lipopolissacarídeos (LPS), e 
pequena quantidade de 
fosfolipídeos. 
 
LPS - encontrado apenas na 
membrana externa de 
bactérias gram-negativas 
LPS: porção hidrofóbica e hidrofílica – propriedade única: 
barreira para moléculas polares a apolares – passam apenas 
água e alguns gases. 
Também conhecido como endotoxina – toxicidade – lipídeo A 
Polissacarídeo O - antígeno 
Outras moléculas: 
Passam pelos poros – 
proteínas chamadas 
PORINAS 
 
Lipoproteínas: 
ancoram a membrana 
externa ao resto do 
envelope. Ligadas à 
parede celular 
Gram- negativas: geralmente mais resistentes a substâncias 
tóxicas do ambiente, incluindo antibióticos – não conseguem 
atravessar a membrana externa. 
Periplasma 
Antigamente denominado espaço periplasmático 
 
Não é um espaço vazio - preenchido por material 
gelatinoso - dois tipos de proteínas: 
 
 Enzima que decompõe nutrientes para que possam 
atravessar a membrana citoplasmática 
 
 Proteínas de ligação: se ligam a determinados 
nutrientes, facilitando sua passagem entre as membranas. 
Diferenças entre bacterias Gram positivas e Gram 
negativas 
Características Gram Positiva Gram 
Negativa 
% peptideoglicano na parede celular 50% do PS 10 % do PS 
Membrana externa Ausente presente 
Espaço periplasmático Ausente presente 
Lipopolissacrideos (LPSs) Ausente presente 
 
PS= peso seco 
Envelope – parede celular 
 Pode ter até três camadas: 
 
 de fora pra dentro – membrana externa 
 parede celular de peptídeo 
glicano 
 membrana plasmática 
  Gram positiva, Gram negativa e micoplasmas: diferem 
no número de camadas. 
 
 - Gram negativas: têm as três camadas 
 - Gram positivas: não têm a membrana externa 
 - Micoplasmas: não têm a membrana externa nem a 
parede celular 
 
As arqueobactérias possuem parede 
celular, contudo sua constituição não é de 
peptídeoglicano e sim de pseudomureína. 
PAREDE CELULAR 
Presente em todas as bactérias, exceto micoplasmas; 
Explica a resposta das bactérias à coloração de Gram 
Microbiologista dinamarquês: Hans Christian Gram 
• Camada espessa: cor púrpura ou azul quando fixadas com 
violeta cristal (Gram +) 
• Camada de lipídeos no exterior e fina camada de 
peptideoglicanos: cor vermelha (Gram -) 
 Cristal violeta: corante principal – cora ambas células de 
púrpura, pois o corante entra no citoplasma. 
 Iodo: forma grandes cristais do corante que são muito 
grandes para escapar pela parede celular 
 Álcool: desidrata a peptideoglicana das células Gram (+) 
para torná-lo mais impermeável ao cristal violeta-iodo. Nas 
Gram (-) o álcool dissolve a membrana externa das células 
deixando também pequenos buracos na fina camada de 
peptideoglicana pelos quais o cristal violeta-iodo se espalha. 
 Como as bactérias Gram (-) ficam incolores após lavagem 
com álcool, a adição de safranina torna as células cor 
vermelhas. 
Paredes celulares atípicas 
• As micobactérias possuem uma fina camada de cera de 
natureza lipídica (cera D) na membrana plasmática – não 
possuem parede celular. 
Dano à parede celular 
 Substâncias químicas lesam a parede bacteriana e não a do 
hospedeiro. 
 Síntese da parede celular é alvo de algumas drogas 
antimicrobianas. 
 Lisozima leva formação de protoplastos: ativa sobre a parede 
celular da maioria de Gram (+). 
 catalisa a hidrólise das ligações entre açúcares do 
dissacarídeo repetitivo do esqueleto de peptideoglicana 
 Gram (-): não destrói totalmente a parede, parte da 
membrana externa permanece. 
 
Estruturas internas a parede celular 
Estrutura e composição química da Membrana 
Citoplasmática 
Localizada abaixo da parede celular 
Tem 7,5 nm de espessura 
Composta de fosfolipídeos (20 a 30%) e proteínas (50 a 70%) 
Os fosfolipídeos formam uma bicamada na qual a maioria das 
proteínas estão embebidas 
Cada molécula de fosfolipídeo contém uma cabeça polar (solúvel 
em água) e uma cauda apolar (insolúveis em água) 
A membrana é fluida, permitindo movimentação das proteínas 
Não contém esteróis (ex.colesterol). 
Modelo mosaico fluido 
Funções da membrana citoplasmática 
Contém a base do flagelo 
Responsável pela liberação de resíduos (lixo) 
Envolvida na formação de endosporos 
Envolvida na replicação e separação do DNA 
durante divisão bacteriana 
Sítio de síntese de peptidoglicano, fosfolípideo e 
algumas proteínas 
 
Funções da membrana citoplasmática 
É local de importantes sistemas enzimáticos: 
Envolvidos nos últimos estágios da formação da parede celular 
Participantes da biossíntese de lipídeos 
Responsáveis pelo transporte de elétrons (fotossíntese) 
Envolvidas no processo de fosforilação oxidativa 
Mesossomo 
 Permeabilidade seletiva (Principal função) 
 É permeável aos íons sódio e aos aminoácidos 
 Atua como barreira osmótica (a substâncias ionizadas 
e grandes moléculas) 
Mecanismos envolvidos no transporte através 
da membrana citoplasmática 
Transporte passivo (Difusão simples, Difusão facilitada 
e Osmose 
Transporte ativo 
 
 
 
 
DIFUSÃO SIMPLES 
- Moléculas se movem 
aleatoriamente 
- Distribuídas igualmente 
OSMOSE 
Movimento da água 
Atravessam membrana 
 de baixa concentração de soluto para 
alta 
Alta concentração de soluto 
 Hipotônico (meio) 
 célula incha 
Baixa concentração de soluto 
 hipertônico 
 encolhe 
Concentração igual de soluto 
 isotônico 
Difusão facilitada: 
 sem necessidade de energia 
 proteína transportadora (canais) 
 concentração alta a baixa 
 
 
 
 
 
 
 
Transporte ativo 
 energia necessária 
 proteína transportadora 
 concentração baixa a alta 
Existem 3 tipos de proteínas transportadoras 
 
 Uniporte 
 Antiporte 
 Simporte 
Para o transporte da maioria das substâncias a 
célula necessita de transportadores ou proteínas 
específicas (carrier proteins) 
Uniporte: a proteínatransporta a substância 
através de um gradiente de concentração, 
não requerendo energia metabólica (passivo) 
Antiporte: a proteína transporta duas 
substâncias diferentes, simultaneamente, 
em direções opostas. Requer energia (Ativo) 
Simporte: a proteína transporta duas 
substâncias diferentes, simultaneamente, na 
mesma direção. Requer energia (Ativo) 
Nas bactérias ainda há 
o transporte conhecido 
como translocação em 
grupo (ativo): 
Glicose é fosforilada 
quando entra na 
membrana e assim ela 
não pode mais voltar 
devido sua nova 
constituição! 
Citoplasma 
 Material que se encontra dentro 
da membrana plasmática 
 90% de água, porém ativo 
 Área citoplasmática 
 Nucleóide: DNA (ácido 
desoxirribonucléico), Plasmídeos 
 Ribossomos 
 Inclusões citoplasmáticas 
ÁREA CITOPLASMÁTICA 
 Fluido denso 
 Constituintes: 90 % água, proteínas, 
carboidratos, lipídeos, íons orgânicos, etc. 
 É sítio de reações químicas, como a síntese de 
componentes celulares a partir de nutrientes 
 Não há evidência de presença de citoesqueleto 
 
Nucleóide 
 Massa irregular de DNA dentro do citoplasma; 
 DNA dupla hélice; 
 bem definido, embora não seja circundado por membrana; 
 Carrega as informações genéticas da célula; 
 Na maioria das bactérias: organizado em uma única 
molécula circular – cromossomo bacteriano; 
 Pode conter pequenas moléculas circulares de DNA – 
plasmídeos; 
 
Cromossomo circular único 
Na Escherichia coli mede 1,4 mm e contêm 5,231,428 pb 
PLASMÍDEOS 
 DNA extracromossômico de forma circular 
 Replicam independentes do cromossomo 
 Podem existir em cópia única ou multicópias 
 Uma espécie bacteriana pode ter distintos plasmídeos 
 Conferem vantagens adaptativas às bactérias 
 Função de produção de adesinas, toxinas, pilinas, 
bacteriocinas 
 Função social: produção de substância fundamentais 
para adaptação bacteriana a diferentes ambientes 
Plasmídeo bacteriano 
Ribossomos 
 Partículas densas dispersas no citoplasma 
 Local onde ocorre a síntese de proteínas 
 São encontrados em procariotos e eucariotos 
 Podem ser encontrados espalhados no citoplasma 
procariótico ou presos a superfície interna 
da membrana citoplasmática 
quando estão envolvidos na 
 síntese de proteínas 
Em bactérias: 
• duas subunidades de tamanhos diferentes: cada uma 
contém uma proteína e RNA ribossômico 
• subunidade 50S e 30S > 70S (unidade de 
Svedberg – velocidade de sedimentação) 
• são alvos de muitos antibióticos que inibem a síntese 
de proteína 
Inclusões 
Inclusões 
- Diferentes tipos de substâncias químicas que podem se 
acumular e formar depósitos insolúveis no citoplasma 
- Podem ser uma reserva de energia 
- Grânulos Metacromáticos: inclusões grandes que se coram de 
vermelho com certos corantes azuis. São conhecidos como 
volutina – reserva de fosfato inorgânico que pode atuar na 
síntese de ATP; 
 Crescem em ambientes ricos em fosfato; 
 Encontrados em algas, fungos, protozoários e bactérias. 
 Ex: Corynebacterium diphtheriae 
 
 
 
Grânulos polissacarídicos: compostas de glicogênio e amido 
Demonstrado quando o iodo é aplicado à célula 
Grânulos de glicogênio: marrom-avermelhado 
Grânulos de amido: azuis 
 
Inclusões lipídicas: Mycobacterium, Bacillus, Azobacter, 
Spirillum 
Aparecem quando corados com corantes solúveis em gordura 
 
Grânulos de enxofre: Thiobacillus, obtêm energia oxidando o 
enxofre e compostos de enxofre 
Carboxissomos: contêm a enzima ribulose 1,5-difosfato 
carboxilase. 
Bactérias que utilizam CO2 como única fonte de carbono 
necessitam dessa enzima para fixação do mesmo durante a 
fotossíntese 
Ex: bactérias nitrificantes, cianobactérias e tiobacilos. 
 
Vacúolo de gás: cavidades ocas encontradas em procariotos 
aquáticos. Mantém a flutuação. 
Inclusões citoplasmáticas 
Thiothrix sp.: 
grânulos de enxofre 
Isochromatium buderi 
grânulos de enxofre 
 Magnetossomos: 
Algumas bactérias 
aquáticas móveis são 
capazes de se orientar em 
resposta a campos 
magnéticos da terra por 
possuírem magnetossomos 
(vesículas contendo 
cristais de magnetite ou 
outras substâncias 
contendo ferro) 
 
Magnetospirillum gryphiswaldense 
Inclusões citoplasmáticas 
FORMAS LATENTES DOS MICRORGANISMOS 
PROCARIÓTICOS 
As formas latentes são denominadas esporos 
São metabolicamente inativas 
Podem sobreviver em condições desfavoráveis 
Após germinação tornam-se células metabolicamente ativas 
ESPOROS 
Parede celular espessa 
Refráteis (brilham com a 
luz do microscópio) 
Contêm grande 
quantidade de ácido 
dipicolínico 
Resistentes as alterações 
ambientais 
Denominados endósporos quando formados dentro da 
célula. Exclusivos de bactérias 
 
-a célula mãe do esporo é denominada esporângio 
 
 
Esporos (endósporos) 
Localização dos endósporos depende da espécie: 
 
 
 
 
Esporos (endósporos) 
 
 
-Espécies de 5 genêros formam esporos: Bacillus 
(aeróbios) e Clostridium (anaeróbios). Principalmente em 
gram positivas. 
 
-Algumas são patógenos humanos: Bacillus anthracis, B. 
cereus, Clostridium tetani, C. botulinum 
 
-Algumas são patógenos de insetos: B. thuringiensis, B. 
sphaericus 
Esporos (endósporos) 
 
Permanecem viáveis por muito tempo: 
 
-Esporos com 7.500 anos de Thermoactinomyces sp do 
lodo congelado do lago Elk, Minnesota, germinaram em 
meio nutriente 
 
-Esporos com 25 milhões de anos, aprisionados em 
âmbar, germinaram em meio nutriente 
Cistos 
 
-Possui estrutura e composição química diferente dos 
endósporos 
 
-Possuem parede espessa e resistência ao calor 
 
-Comum no genêro Azotobacter, que vive no solo e pode 
fixar N2