6 Microbiologia celular 2 parte

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Microbiologia Celular
2ª parte
Microrganismos eucariotas
Estrutura e função na célula do 
tipo eucariótico
Algumas microalgas famosas
(In J. Black, Microbiology: fundamentals and applications, J Wiley & Sons, 2005)
- Papel ecológico: fitoplankton; base das cadeias alimentares aquáticas e marinhas; oxigenação do Ambiente
Responsáveis por eutrofização (“algal blooms”) de compartimentos ambientais aquáticos e marinhos; 
algumas espécies síntetizam toxinas (envenenamento das águas – para peixes; humanos)
- Biotecnologia: produção de carotenóides.
Algal bloom
Terra de diatomáceas
Depósitos de paredes de diatomáceas 
mortas, em sedimentos aquáticos; 
aplicação como fertilizantes, 
como abrasivos em detergentes,
na remoção de pinturas e óleos;
como agente filtrante.
Diatomáceas
(Maior parte do fitoplankton nos oceanos; 
indicadores da qualidade da água - presença de poluição?;
Formas variadas - paredes duras constituidas por sílica)
Intoxicação por 
ácido domóico
Diatomáceas
Alguns fungos famosos
Saccharomyces cerevisiae
Levedura do pão; levedura da cerveja e do vinho; 
modelo de célula eucariótica
Levedura - Fungo unicelular; Ø ~ 10-15 µm)
Gémula
(percursora da 
célula-filha)
Cogumelos
(solo; decompositores; 
aplicação alimentar;
alguns venenosos)
Fungo filamentoso (ou, bolor)
(microrganismos terrestres, decompositores, alguns são produtores de antibióticos; 
outros têm aplicação alimentar; alguns causam doenças (micoses))
(In Brock Biology of Microorganisms, 10th edition, Prentice Hall)
Penicillium sp.
Alguns protozoários famosos
- Papel ecológico: predadores de bactérias; decomposição de matéria orgânica no Ambiente;
- Parasitas de animais; agentes de doenças intestinais, através da ingestão de água contaminada,
(Giardia sp; Cryptosporidium sp), de malária (Plasmodium sp), de toxoplasmose (Toxoplasma sp), etc.
Paramecium sp.
(protozoário ciliado; habitat aquático; 
parasita de animais) Ø ~ 50 µm
(In Brock Biology of Microorganisms, 10th edition, Prentice Hall)
Giardia
lamblia
Cryptosporidium parvum
(In Pery, Staley, Lory, Microbial Life, Sinauer (ed))
Amoeba
(habitat aquático; parasita de 
animais;
Ingestão de bactérias ou partículas 
orgânicas por fagocitose)
Plasmodium falciparum
e a malária
Although all eukaryotic cells contain a nucleus, 
not all organelles or other structures shown are present in all eukaryotic microbial cells.
SCHEMATIC VIEW OF AN EUKARYOTIC CELL
Parede celular
• Cobertura rígida
• Composição variável
Em muitos casos, componentes principais são polissacáridos:
– Microalgas - celulose e pectina
– Fungos – quitina, celulose, e glucanos
Excepção:
– Diatomácas – silica
Quitina – polissacárido insolúvel composto por unidades de N-acetilglucosamina
Pensa-se que a quitina tenha potencial para substituir futuramente alguns produtos de plástico 
(vantagem: os plásticos tem uma meia-vida muito longa (acima de 300 anos), enquanto a 
quitina é biodegradável) 
e possa ser utilizado na construção civil como material de extrema resistência a pressão. 
Até ao momento ainda não foi possível a síntese in vitro.
Microalga Dunaliella
flagelos
Locomoção
Protozoário Paramecium
• Cilios (s., cilium)
– 5-20 µm (comprimento)
– Funcionam como remos
• Flagelos (s., flagellum)
– 100-200 µm (comprimento)
– Movimento ondulante
Têm origem em microtúbulos
Mastotermes darwiniensis Mixotricha paradoxa
Simbiose entre térmites e protozoários e dinoflagelados
• Núcleo
– É uma estrutura rodeada por uma
membrana e que alberga o genoma
da célula
(vários cromossomas);
- É o centro de controlo da célula;
– Tem 5 a 7 µm.
poros
• Membrana nuclear
– É constituída por um par de estruturas
membranares (uma membrana
externa e outra interna) que delimitam
o núcleo
– É atravessada por poros nucleares
– Estes poros permitem a troca selectiva
e regulada de moléculas entre o 
interior e o exterior do núcleo.
Microfotografia
electrónica de célula 
de levedura. 
•Existe continuidade entre a
membrana externa do núcleo
e o retículo endoplasmático
(imagem obtida por microscopia 
electrónica de transmissão)
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
Nucléolo
• ≥ 1 nucléolo / núcleo
• Não está rodeado por nenhuma membrana
• É o local onde se fabricam os ribossomas
– Síntese e processamento de RNA 
ribossómico (rRNA)
– Montagem do rRNA e proteínas
ribossomais para formar os ribossomas
• Tamanho 80S
– subunidades 60S + 40S
• Podem estar associados ao reticulo endoplasmático rugoso ou
livres no citoplasma
• São estruturas complexas constituídas por proteínas e RNA
• É o local onde se realiza a síntese de proteínas
Ribossomas
>>>>
Reticulo Endoplasmático (RE)
“Endoplasmic reticulum (ER)”
• É uma rede irregular de tubulos e sacos (cisterna) envolvidos
por uma membrana e que se estende desde a membrana
nuclear ao citoplasma.
• É o maior organelo das células eucarióticas
(10% do volume total)
FUNÇÕES DO RE
• Síntese e/ou transporte de proteínas, lípidos, e 
outros materiais dentro da célula e para a 
membrana plasmática (ex. Proteínas membranares e 
proteínas que são excretadas ou têm como destino os
endossomas / lisossomas)
• Local de síntese de membranas lipídicas
• Síntese de constituintes dos lisossomas
Existem dois tipos de reticulo
endoplasmático (RE)
• RE rugoso (“rough ER”) 
- Contém ribossomas ligados na sua face externa
- Envolvido no processamento e transporte de 
proteínas que vão ser localizadas na membrana
plasmática (ex. Glicoproteínas, Proteinas
transmebranares; proteínas envolvidas no transporte
de solutos) ou são destinadas aos lisossomas ou
excretadas para fora da célula
(ex. Enzimas extracelulares)
• RE liso (“smooth ER”))
- Não contém ribossomas
- Síntese de lípidos componentes
das membranas biológicas
(P.ex. Fosfolípidos, esteróides
como é o caso de colesterol (células
animais) e ergosterol (células
de fungos)).
Overview of protein sorting (synthesis and fate of eukaryotic proteins)
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
(ER ribosomes)
Cytosol
Cell exterior
Signal sequence
(amino terminus of 
polipeptide chain)
N
Folding and assembly
of multiple subunit 
proteins
(assisted by molecular
chaperones)
Vesicular transport from the ER to the Golgi apparatus
Lumen proteins
(destination:
secretory vesicles;
lysossomes) 
Membrane proteins
(destination: membranes)
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
Cytosol
Proteins can be carried out
to the plasma membrane
Secretion of proteins
out of the cells
Digestive proteíns
of lysossomes
(e.g. Vaculoes in
yeast cells)
Proteins (as well as lipids and
polysaccharides) are sorted 
into the trans Golgi and
transported into 
different type of 
transport vesicles 
to be transported to 
their final destination
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
Protein sorting and export from the Golgi apparatus 
through the secretory pathway
Constitutive secretion
(continuous; unregulated) 
or 
regulated secretion
(in response to 
environmental signals;
specific proteins)
Complexo de Golgi
• É um complexo de membranas distinto do RE mas que funciona
coordenadamente com o RE. 
• É uma fábrica onde proteínas e lípidos recebidos do RE são
processados (frequentemente modificados químicamente) e 
transportados aos seus locais de destino (e.g. membrana
plasmática, endossomas, lisossomas, exterior da célula)
Outras processos realizados no Complexo de Golgi
• Glicosilação de proteínas
(ex. Modificação e síntese da porção hidrato de Carbono
em glicoproteínas;fosforilação de proteínas destinadas
aos lisossomas, etc.)
• Síntese de esfingomielina e glicolípidos
• Síntese de hemicelulose e pectina em plantas
Lysossomes and endocytosis
Fig. 4.10. (Prescott et al., 
Microbiology, 5th ed)
E
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Endossomes
- Pinocitose vs.Fagocitose
- Hidrolases ácidas / lisossomas
- Autofagia
Endocitose e 
exocitose
Lisossomas
. Vesículas membranares
. Contêm hidrolases (enzimas hidrolíticas ou digestivas; 
sintetizadas no RE e processadas e empacotadas pelo 
complexo de Golgi); estas só funcionam a pH ácido
• pH é mantido ácido através de uma bomba de protões
(sistema de transporte activo primário)
. Encontrados em diversos microrganismos 
(protozoários, fungos e algumas algas)
e em células animais e vegetais
. Digestão intracelular de macromoléculas e organelos
não funcionais (p.ex. reciclagem de moléculas – turnover) 
. Digestão de agregados moleculares, bactérias, etc.
(endocitose)
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
O Citoplasma, o citoesqueleto e 
os movimentos celulares
• Citoesqueleto
– Rde de microfilamentos (4-7 nm), microtubulos (25 nm), e 
filamentos intermédios (8-10 nm) contido no citoplasma
– Funções:
. forma da célula, 
. organização do citoplasma,
. transporte interno de organelos e 
proteínas no citoplasma;
. movimento celular
Prescott, Harley & Klein, Microbiology, th edition,Mc GrawHill, 2002
Sistema de microfilamentos numa 
célula eucariótica (marcação com
anticorpos)
Estrutura e organização dos filamentos de actina ou microfilamentos
• Componente principal: actina
Assembly and structure of actin filaments
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
6 seg.
80 µm
Envolvidos em:
- Movimento celular
- Modificação da forma das 
células
(p.ex. Locomoção de 
amibas)
Microtúbulos
• Cilindros ôcos e rigidos
• Constituinte principal: 
tubulina
• Transporte intracelular de 
substâncias
• Movimento intracelular de 
organelos
• Forma da célula
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
Microtubule structure
Os microtúbulos estão 
ancorados nos centrossomas
Em interfase:
Microtúbulos servem de “trilhos” para 
o transporte de organelos 
(p.ex. dos vesículos envolvidos quer na 
secrecção de proteínas quer na endocitose)
Durante a mitose:
(divisão celular)
Os dois centrossomas separam-se e 
os microtúbulos formam o fuso mitótico, 
assegurando a separação equitativa dos 
cromossomas pelas duas células-filha.
Em muitos fungos e alguns protozoários e 
algas, o envelope nuclear permanece intacto 
durante a mitose.
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
Organização intracelular dos microtúbulos
(adaptado de Prescott, Harley, Klein, “Microbiology”, 5th ed.)
Bacteria Archaea Eukarya
Universal ancestor
(Phylogeneti-
cally 
related to 
chloroplasts)
(Phylogenetically 
related to 
mitochondria)
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
Mitocôndria
Matriz da mitocôndria:
- DNA (molécula circular fechada)
- Ribossomas (70S)
- Enzimas (envolvidas na β-oxidação de 
ácidos gordos a Acetil-CoA e no ciclo 
TCA)
Membrana interna 
(fosforilação oxidativa e 
síntese de ATP)
. .
..
Ribossomas
. .
Membrana
interna
Membrana
externa
FUNÇÃO: Produção de energia
• Rreacções do ciclo dos ácidos tricarboxílicos (ciclo
TCA) – oxidação de Acetil-CoA a CO2, com formação de 
NADH e FADH2.
• Geração de ATP (transporte electrónico e 
fosforilação oxidativa) na membrana interna.
• A sua formação necessita de proteínas produzidas
no citoplasma e outras produzidas na própria
mitocôndria
. Presente em células de protozoários, fungos, e em
organismos superiores.
Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 5th edition,Mc GrawHill, 2002
Prescott, Harley & Klein, Microbiology, 
th edition,Mc GrawHill, 2002
Cloroplasto MATRIZ (estroma)
contém:
- DNA (molécula circular fechada)
- Ribossomas (70S)
- Enzimas envolvidas nas reacções da
fase escura da fotossíntese 
(ciclo de Calvin)
Ex. - enzima RubisCO (ribulose 
biphosphate carboxylase); 
biossíntese de glucose
- Membranas tilacóides
FUNÇÃO: Produção de energia
• Encontra-se em microalgas
(além de algas superiores e plantas)
• É o local onde se realiza a fotossíntese
Membrana tilacóides (grana) 
reacções luminosas da fotossíntese:
- captação de luz para gerar energia na 
forma de ATP e NADPH, e 
- formação de O2.
Hydrogenosomes
• in several microbial eukaryotes
that lack mitochondria and 
are anaerobic
(e.g. The protozoa Giardia;
the flagellate parasite Trichomonas; 
several ciliated protozoa that inhabit the 
rumen of ruminant animals or anoxic
muds and sediments)
• Major biochemical reactions:
Oxidation of pyruvate
to yield
ATP, and 
H2 + CO2 + acetate
(Fermentation)
�Some contain H2-consuming 
methanogenic bacteria as 
endosymbionts
Peroxissomas
• São pequenos organelos rodeados por uma membrana, localizados no 
citoplasma
• Existem em protozoários, leveduras e algumas bactérias, em grande parte 
das células animais e em numerosas células vegetais (algumas células podem
conter ~500 peroxissomas)
• Contêm enzimas (principalmente, oxidases e catalases) envolvidas em várias
reacções metabólicas.
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
Funções dos peroxissomas
Ácido gordo saturado Ácido gordo insaturado
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007
Metabolismo energético
Ex. oxidação de ácidos gordos, ácido úrico, aminoácidos, ou purinas
(fontes de energia)
P. ex. ββββ-oxidação de ácidos gordos (até Acetil-CoA) 
Algumas notas
Lisossomas e endocitose
Endocitose – entrada na célula de macromoléculas ou células vindas do exterior, 
através da formação de vesículas com origem na membrana plasmática.
Dois tipos:
- Fagocitose: ingestão de moléculas de grande dimensão ou mesmo células inteiras
- Pinocitose: ingestão de porções do liquido circundante com as moléculas de solutos.
ACÇÃO CONJUNTA permite, por exemplo:
• Aquisição de nutrientes (p.ex. de macromoléculas e/ou bactérias por
protozoários – fagocitose; de factores de crescimento, hormonas, ferro em diversos
tipos de células - pinocitose)
• Digestão de macromoléculas e organelos não funcionais
(nos vacúolos autofágicos; reciclagem normal dos constituintes celulares; remoção
de “cell debris” após a morte das células)
• Defesa do hospedeiro infectado (p.ex. na destruição
de bactérias invasoras pelos glóbulos brancos do sangue – em células animais)
Funções dos peroxissomas
• Realizam reacções de oxidação de diversos compostos intracelulares, que são acompanhadas 
pela formação de peróxido de hidrogénio (H2O2). O peróxido de hidrogénio é tóxico, sendo 
decomposto pela enzima catalase.
Alguns desses compostos são: ácidos gordos , ácido úrico, aminoácidos, purinas;
. Por exemplo, as reacções de ββββ-oxidação de ácidos gordos a Acetil-CoA (uma forma importante 
de obtenção de energia metabólica para muitos organismos) ocorre maioritariamente em 
peroxissomas, em muitas leveduras e em células de plantas. 
• Em células animais, os peroxissomas participam na absorção e digestão de gorduras e estão 
também envolvidos na síntese de lípidos e na síntese de colesterol (p.ex. abundantes nas células do 
fígado e rins – eucariotas superiores)
GM Cooper, RE Hausman, “The Cell- a molecular approach”, 4th ed, 2007