Aula 3 Bacterias ultraestura e archae

Prévia do material em texto

Aula 3: ULTRAESTRUTURA DE 
BACTÉRIAS
1
2
Carl Woese (1977): 3 domínios (rRNA)
2
3
Seis Reinos
– Império Prokaryota
– Reino Bacteria
– Império Eukaryota
– Reinos: Protozoa
– Animalia
– Fungi
– Plantae
– Chromista/Straminipila
3
Eubacteria
Archaebacteria
Procariotos X Eucariotos
5
6
PROCARIOTOS – Domínios Bacteria e Archaea
7
PROCARIOTOS – Domínios Bacteria e Archaea
8
Características das bactérias
 Procarioto
 Unicelular
 Reprodução assexuada
 Nutrição por absorção
 Metabolismo diversificado (heterotróficas e autotróficas)
 Número de cromossomos: a maioria 1 cromossomo, 
circular DNA fita dupla.
9
Tamanho
 2 à 8 micrometros (µm) 
 0,2 à 0,5 µm
Epulopiscium fishelsoni- simbionte do peixe-cirurgiao (600µm de 
comprimento). 10
Morfologia celular
Formas mais comum de bactérias
11
Arranjos
Arranjo de cocos
12
Arranjo de bacilos
Bacilos ≠ Bacillus
Bacillus sp.
13
Bactérias espirais
Flagelos
Filamentos p/ locomoção
Pleomórficas – espécies que apresentam
uma variedade de tipos celulares. Ex:
Rhizobium e Corynebacterium.
14
Estrutura celular de bactérias
FLAGELOS
Monotríqueo
Lofotríqueo Peritríqueo
Anfitríquio
16
Flagelos  função/importância 
Motilidade
Ambientes:
favoráveis vs adversos
Depende de energia
Proteína - flagelina
17
Estrutura de flagelos bacterianos 
18
19
Flagelos
Taxia- movimento direcionado
 Quimiotaxia
 Fototaxia
 Aerotaxia
 Osmotaxia
Flagelos de eucariotos
21
Filamentos axiais 
Ex: Treponema pallidum – agente causador da sífilis 22
FÍMBRIAS
 Flagelos ≠ Fímbrias
• curtos, finos e retos
 Aderência
 Pilina
 Pólos ou toda sup. da célula
Ex: Neisseria gonorrhoeae 
23
PILI - Conjugação
 Pili
Transferência do plasmídeo F entre 
bactérias pelo processo de conjugação 
bacteriana
24
Glicocálice
Função:
• Aderência
• Reserva nutriente
• Proteção- agentes químicos, 
fagocitose e dessecação
Composição química:
• Polissacarídeo (Streptococcus, Klebsiela, 
Haemophilus, Neisseria)
• Proteíca
• Ácido poli D- glutâmico
 Cápsula- rígido
 Camada limosa- flexíveis
organização
B. anthracis
25
Streptococcus sp (cárie) Pseudomonas 
26
Parede Celular
27
Estrutura do Peptideoglicano
28
Unidades de peptídeos e glicanos originando a camada de 
peptideoglicano
29
Parede de bactérias Gram-positivas
Acido teicóico  polímero de 
unidades repetidas de ribitol
Carga negativa
Parede Celular Gram Positiva
30
Parede Celular Gram negativa
ENDOTOXINA
Fosfolipídeos
Proteínas
Polissacarídeos
 Específicas
 Inespecíficas
31
32
33
Ação da penicilina sobre a parede celular bacteriana
Ação da lisozima
• Quebra as ligações glicosídicas
• Antimicrobiano natural: lágrima, 
saliva, ovo
• Inibe a síntese da parede celular bacteriana
34
Protoplastos
A lisozima cliva as ligações β-1,4 do peptideoglicano. a) em soluções
diluídas, a ruptura da parede é imediatamente seguida pela lise celular,
devido a fragilidade estrutural da membrana citoplasmática. b) em solução
isotônica, a água não penetra no protoplasto e ele permanece estável 35
Paredes Celulares Atípicas
• Mycoplasma – não possuem 
parede celular. Contem esteróis 
na membrana plasmática
36
Coloração de Gram- coloração diferencial
 Gram positivas
 Gram negativas
37
38
Coloração de Gram
39
Etapa
organismos 
Gram +
organismos 
Gram -
1. Incolor 
2. CV
3. lugol
5. Fucisna
4. Alcool
41
Colorações especiais
42
MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
 Pontes de hidrogênio
 Ca2+, Mg2+ (-) fosfolipídeos
Estabilidade da estrutura
43
Estrutura da membrana citoplasmática
A membrana é constituída de lipídeos e proteínas. 
Eucariotos apresentam esteróis (moléculas planas e rígidas).
Archea apresentam lipídeos com ligações éter entre o glicerol e suas cadeias laterais 
hidrofóbicas (não possuem ácidos graxos).
44
Estrutura da membrana citoplasmática da bactéria
 Dupla camada de fosfolipídeos
• região hidrofílica X região hidrofóbica 
 Proteínas: integrais e periféricas 
 Modelo: Mosaico fluido 
 Ausência de esteróis menor rigidez
 Presença de hopanoide
45
• Permeabilidade seletiva
• Sitio de ligação de varias proteínas
• Transporte de nutrientes
• Processos de geração de energia: fotossíntese 
• e respiração 
• Alvo da ação de agentes antimicrobianos 
Membrana citoplasmática procariótica
46
Permeabilidade da membrana plasmática
Substancia Grau de 
permeabilidade
Potencial de 
difusão para o 
interior da célula
Água 100 Excelente
Glicerol 0,1 Bom
Triptofano 0,001 Moderado/fraco
Glicose 0,001 Moderado/fraco
Íon cloretp 0,000001 Muito fraco
Íon potássio 0,0000001 Extremamente 
fraco
Íon sódio 0,00000001 Extremamente 
fraco
Fonte: Microbiologia de Brock, 2010.
47
Processos de transporte passivo
 Difusão simples
 Difusão facilitada
 Osmose
48
Transportes Difusão e Osmose
Osmose
Proteínas transportadoras
 Permite acúmulo de soluto contra gradiente de concentração
 Permite maior velocidade no transporte de solutos
 Permite a entrada dos solutos (ou seja não somente aqueles difundíveis pela membrana)
Transporte ativo
Utiliza energia do ATP ou força próton motora ou compostos de alta energia para o transporte de 
substancias contra um gradiente de concentração
50
As três classes de sistemas transportadores de 
membrana (proteínas transportadoras)
51
Estruturas dos transportadores transmembrânicos e os tipos 
de eventos de transporte – TRANSPORTE SIMPLES
52
Atividade do sistema Lac permease (um simportador) 
de E. coli e vários outros transportadores simples
53
Translocação de grupo fosfotransferase de E. coli
Proteínas citoplasmáticas
Face interna da membrana
Proteína integral da membrana
54
Mecanismos transportados do tipo ABC
Mais de 200 sistemas de transporte ABC foram identificados em procariotos 
55
CROMOSSOMO E PLASMÍDEOS
Plasmídeos  vantagens para 
célula 
56
Cromossomo da Escherichia coli
Formado por uma molécula de DNA de fita dupla circular fechada.
Aproximadamente 4,6 milhões de pares de bases (4,2 x 103 kb) ~4.300 genes
Mycoplasma–750 kb
Exceção: Streptomyces lividans, Rhodococcus faciens e espiroquetas do gênero BorrElia,
apresentam cromossomos lineares e algumas espécies de bactérias do gênero Brucella
que apresentam dois cromossomos.
DNA de uma célula rompida Mapa genético 57
Maioria moléculas de DNA circular, dupla fita;
Replicam independentemente do DNA cromossômico;
Contém de 5 a 100 genes não essenciais para sobrevivência da bactéria em 
condições normais de crescimento; Caso a célula perca a molécula ela não 
perde sua viabilidade;
Relacionados a resistência aos antibióticos, tolerância aos metais tóxicos, 
produção de toxinas e síntese de enzimas para degradação de compostos 
complexos.
São manipulados e usados na engenharia genética
PLASMÍDEOS
58
• Dispersos no citosol
• Ribossomos 70S: Constituídos de duas subunidades 50S e 30S
• Síntese protéica
• Alvo de vários antimicrobianos
Ribossomos procarióticos
59
CORPÚSCULOS DE INCLUSÃO
Grânulos de armazenamento utilizados como fonte de material de reserva ou energia.
-glicogênio e amido- presença demonstrada pela reação com o iodo
-poliidroxibutirato- material plástico biodegradável para indústria.ex: Rhodospirillum
-polifosfatos (volutina ou metacromáticos) -usados na síntese de ATP- ex: Corynebacterium diphtheriae –
importância diagnóstica.
-enxofre- ex: Thiobacillus
-Magnetossomos- inclusões de oxido de ferro. Ex: Aquaspirillum
PHB = polihidroxibutirato
PP = polifosfato 
ou grânulo de 
Voutina
Magnetossomo
60
61
Cromatóforos 
Dobras da membrana plasmática onde acumulam-se pigmentos e 
enzimas responsáveis pela fotossíntese 
62
VESÍCULAS DE GÁS
 Procariotos aquáticos:
Cianobactérias, bactérias 
fototróficas verdes e 
púrpuras, Archaea.
 Importância  flutuação
63
Esporos bacterianos - Endosporos
• Estrutura de resistência (calor, radiação, dessecação, etc.)
• Altamente desidratado
• Formado em algumas Gram positivas (Bacillus e Clostridium)
• Apresenta acido dipicolínico, íons de cálcio
Esporulação somente ocorre quando há interrupção do
crescimento, devido a exaustão de um nutriente
essencial ou condição física extrema. Em Bacillus o
processo completo dura ~8 horas e mais de 200 genes
estão envolvidos.
64
65
Tipos de Endosporos
Terminais Centrais
Germinação: Podem permanecer dormentes por muitos anos. Em condições 
adequadas (condições químicas e físicas) podem voltar a forma vegetativa 
rapidamente.
Importância na industria de alimentos!
67
ARCHAEA
• Descoberta final dos anos 70  Carl Woese propõe criação dos 
3 domínios. 
• Muitas espécies habitam ambientes extremos: temperatura, 
pressão e acidez. 
• Diferenciam de bactérias:
Archaea Bacteria
Membrana Glicerol éter lipídeo Glicerol éster lipideo
Flagelo
Força motrizATP Força motriz  H+
Estrutura similar -
várias flagelinas
Pilus tipo IV
1 única proteína 
flagelina
Parede celular Ausência de 
peptideoglicano
Peptideoglicano
Éster X Éter
68
Parede celular de ARCHAEA
• Diferente de Bactérias ausência de Peptideoglicano e membrana externa
• Composição variada: polissacarídeos, proteínas e glicoproteínas
• Archaeas metanogênicas- pseudomureína
≠
69
• Archaeas – camada S*
• Estrutura ordenada que se organiza em estruturas 
hexagonal, tetragonal etc.
• Composição: glicoproteínas ou proteínas
• Comum em Archaea como única estrutura externa à 
membrana plasmática.
* Encontrada também em bactérias
Parede celular de ARCHAEA
70
Metanogênicas – Produtoras de metano (CH4)
Habitam pântanos e lagos, tratos digestivos de animais
(Ruminantes), fendas hidrotermais, digestores de lodo de esgoto
Methanobacterium- obtêm energia a a partir do metano-
biodegradação da matéria orgânica
Fonte: Madigan et al., 
2010
EXEMPLOS
Halófilos extremas - habitam ambientes naturais altamente
salinos
Halobacterium- encontrada em peixes salgados, lagos
hipersalinos, salinas
Fonte: Madigan et al., 
2010
A)Lago hipersalino 
B)Lagos de 
evaporação da 
água do mar, 
C)Lago rico em 
carbonatos
D)Micrografia 
eletrônica de 
varredura de 
Archaea
Hipertermófilas – Temperatura ótima de crescimento superior a
80 oC
Fonte: Madigan et al., 
2010
A) Solfatara típica
B) Fonte termal rica
em enxofre
C) Fonte fervente de
pH neutro
D) Fonte geotermal
ácida rica em
ferro
Potencial Biotecnológico de ARCHAEA
Fenótipo Condição Produto Aplicação
Termófilo 45 -110 ºC
Amilases Obtenção de açucares para adoçantes
Xilanases Branqueamento de papel
Proteases Indústria de detergentes, panificação e 
cervejeira
DNA polimerases Engenharia genética
Psicrófilo >15 ºC
Proteases Indústria laticínios, maturação de queijos
Desidrogenases Biosensores
Amilases Degradação de polímeros - detergentes
Acidófilo pH 0 – 4 Oxidação de enxofre Dessulfuração de carvão
Alcalófilos pH 8 – 11 Celulases Degradação de polímeros - detergentes
Halófilo Alta conc. Sais Células Microrganismo Biopolímeros
Piezófilo Alta pressão Células Microrganismo Formação de géis, grânulos de amido
Metalófilo Alta conc. metais Células Microrganismo Biorremediação
74
Próxima aula: 
Cultivo e crescimento microbiano
75