A Célula Procariota

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A Célula Procariota 
Grupos microbianos:
- Domínio Archaea (bactérias)
- Domínio Bacteria (procariontes) e Eukaria (eucariotos)
Os eucariotos e procariotos são quimicamente semelhantes. Usam os mesmos tipos de reações químicas para metabolizar o alimento, formar proteínas e armazenar energia. É principalmente a estrutura das paredes celulares e membranas e a ausência de organelas que distinguem os procariotos dos eucariotos. 
Morfologia Bacteriana 
Formas e arranjos bacterianos diferentes podem se arranjar de diferentes maneiras. Possuem algumas formas básicas: cocos esféricos, bacilos em forma de bastão e espiral. Quando os cocos se dividem para se reproduzir, as células podem permanecer ligadas umas às outras.
Cocos geralmente são redondos, mas podem ser ovais, alongados ou achatados nas extremidades. 
- Diplococos: cocos que permanecem aos pares após a divisão;
- Tétrades: se dividem em dois planos e permanecem em grupos de quatro;
- Pacotes: Sarcinas - se dividem em três planos e permanecem unidos em forma de cubo, com oito bactérias;
- Cadeias: Estreptococos - se dividem e permanecem ligados uns aos outros em forma de cadeias;
- Cachos: Estafilococos - se dividem em múltiplos planos e formam agrupamentos tipo cacho de uva.
Razão fisiológica resultante do eixo de divisão.
Ex: anel de divisão – primeiro primórdio que vai ser o septo da célula (fissão binária).
O eixo divisório é a característica do gênero da bactéria. Há relação entre arranjos e os eixos de divisão celular.
Apêndices Celulares
A célula na parte externa tem a parede, internamente há a membrana e no córtex há o material genético. A parede celular é uma estrutura ativa na célula, pois serve de âncora para muitas coisas que estão do lado de fora. Algumas bactérias podem ter estruturas de fixação, pelas quais se fixam em uma superfície. Porém, há bactérias que não se fixam em células humanas. 
Fímbrias: Pequenos filamentos que ficam ao redor de bactérias Gram-negativas. Aumentam a capacidade de fixação, sendo consideradas como fator de virulência. Tem uma tendência de a se aderir umas às outras e às superfícies. Estão envolvidas na formação de biofilmes e outros agregados. 
Bactéria Sítio de Infecção Fímbria reconhece e faz a absorção da bactéria em um determinado sítio Multiplicação celular (colonização) Infecção
Pili: Mais longos que as fímbrias, e há apenas um ou dois por célula. Alguns pili são utilizados para agregar as bactérias e facilitar a transferência de DNA entre elas, um processo chamado de conjugação. Estes pili são denominados pili sexuais. 
Função primária - fímbria conjugativa responsável pela ligação entre célula doadora e receptora de DNA na conjugação. A função na patogenicidade é semelhante às fímbrias – ligação entre bactérias e receptores específicos na superfície de células humanas. São compostos por subunidades de proteínas – pilina – em forma helicoidal. 
Plasmídeo: Função de processo de conjugação. O plasmídeo conjugativo pode levar uma série de genes entre as bactérias, possuindo mecanismo de transferência de DNA. Além da sequência dele, o plasmídeo pode receber sequências adicionais e ser levado pelo pili para outras células – resistência bacteriana. 
Os pilis são diversificados. Em bactérias Gram positivas, a transferência gênica é feita por pontes de proteína induzidas por feromônios através de receptores químicos. Tudo o que ocorre nessas bactérias é por interação química. 
Por que é importante a especificidade?
A E. coli interage com receptores, reconhece o tecido animal, faz o mecanismo de interação, pois há importantes suportes nutritivos e substrato que ela pode hidrolisar. Essa sinalização avisa a célula que tipo de substrato ela tem. 
Flagelo: Estruturas formadas por proteínas globulares, cuja função é a locomoção das bactérias em meios líquidos e semissólidos. É um filamento proteico, podendo aparecer de diferentes maneiras em cada célula. 
O movimento de um flagelo procariótico resulta na rotação de seu corpo basal. À medida que os flagelos giram, formam um feixe que empurra o líquido circundante e propele a bactéria. A rotação flagelar depende da geração contínua de energia pela célula. 
Tipos de Mobilidade Bacteriana
Podem alterar a velocidade e a direção de rotação dos flagelos, portanto, são capazes de vários padrões de mobilidade. 
Quando a bactéria se move em uma direção por um período de tempo, o movimento é denominado “corrida” ou “nado”. As corridas são interrompidas por alterações periódicas, abruptas e aleatórias na direção, denominadas “desvios”. Então, a corrida recomeça. Os desvios são causados por uma mudança na rotação flagelar. 
Movimentação por meio de deslizamento: Muitos procariotos são móveis, apesar de não possuírem flagelos. Estas bactérias são capazes de se movimentar sobre a superfície sólida. Outros, dotados de muitos flagelos, podem deslizar através de um meio de cultura sólido. 
Bactéria filamentosa (espiralada): Enrola o flagelo em volta do corpo dela. Quando o flagelo gira, faz o movimento de minhoca. O movimento flagelar é realizado com gasto de ATP e possui grande demanda energética. O primeiro anel é inserido na membrana citoplasmática (onde o ATP é gerado) e existe uma enzima – fosforilase – que quebra e libera o ATP, ocorrendo o movimento proteico dentro da membrana. O movimento é gerado na ponta do filamento do flagelo. 
Uma vantagem da mobilidade é que ela permite a uma bactéria se mover em direção a um ambiente favorável ou para longe de um ambiente adverso. O movimento de uma bactéria para perto ou para longe de um estímulo particular é denominado taxia. Tais estímulos incluem os químicos (quimiotaxia) e a luz (fototaxia). 
As bactérias móveis contêm receptores em várias localizações. Esses receptores captam os estímulos químicos, como o oxigênio/galactose/ribose. Em resposta aos estímulos, a informação é passada para os flagelos. 
Se um sinal quimiotático é positivo (atraente), as bactérias se movem em direção ao estímulo com muitas corridas e poucos desvios. Se o sinal é negativo (repelente), a frequência de desvios aumenta à medida que a bactéria se move para longe do estímulo. 
- Camada limosa: Matriz frouxa ou pouco organizada;
- Cápsula: Camada gelatinosa densa que envolve toda bactéria. É compacta e bem organizada, composta por polissacarídeos e polipeptídios (também chamada de glicocálice). 
Funções – Retém umidade quando no meio externo, formação de biofilmes, função na patogenicidade (limita capacidade do fagócito em fagocitar a bactéria). Normalmente protegem as bactérias patogênicas da fagocitose pelas células do hospedeiro. 
Bacillus anthracis: Polímero de ácido D-glutâmico. Uma vez que somente o B. anthracis encapsulado causa o antraz (carbúnculo), especula-se que a cápsula pode impedir sua destruição por fagocitose. 
Formação dos biofilmes (excesso de cápsula)
O glicocálise é um componente muito importante dos biofilmes. Uma cápsula que auxilia as células em um biofilme a se fixarem ao seu ambiente-alvo e umas às outras é denominada substância polimérica extracelular (SPE). A SPE protege as células dentro do glicocálise, facilita a comunicação entre as células e permite a sobrevivência celular pela fixação a várias superfícies em seu ambiente natural. Por meio da fixação, as bactérias podem crescer em diversas superfícies. 
Bactéria livre Aderência à superfície sólida e produção de cápsula Aderência de outros microorganismos à essa cápsula Formação de estruturas tipo pilares com canais por onde passam água e nutrientes Grumos dos biofilmes se soltam Aderência em outros locais e formação de novos biofilmes. 
 
Os biofilmes não formam camadas longas, o que permite que as bactérias se mantenham vivas, pois ao redor passa água e nutrientes. 
Parede Celular: Responsável pela forma da célula. Quase todos os procariotos a possuem. A principal função é prevenir a ruptura das células bacterianas quando a pressão da água dentro da célulaé maior que fora dela. Ajuda a manter a forma da bactéria e serve como ponto de ancoragem para os flagelos. 
- Composição: Peptidoglicano; ácidos micólicos; proteínas.
N-acetilglicosamina (glicose com agrupamento amina e acetil) e –N-acetilurânico (unidade básica formadora). 
Parede de bactérias Gram positivas: Parede rígida e espessa. Contém ácidos teicoicos, os quais podem atravessar a camada peptidoglicana ou estar ligado a ela. Podem assumir um papel no crescimento celular, impedindo a ruptura extensa da parede e a possível lise celular. Também fornecem boa parte da especificidade antigênica da parede. 
O peptidoglicano começa formar cadeias, e os aminoácidos formam as ligações cruzadas. Há poros onde passam as substâncias que precisam chegar à membrana. A bactéria produz a enzima, transporta através da membrana, passa pela malha e cai do lado de fora. 
Parede de bactérias Gram negativas: A camada de peptidoglicano é pequena e a parede é menos rígida. Não contém ácidos teicoicos, sendo mais suscetíveis ao rompimento mecânico. 
A membrana externa da parede (membrana lipoproteica – fica na parede celular) consiste em LPS, lipoproteínas e fosfolipídeos. Tem várias funções especializadas:
- Sua forte carga negativa é um fator importante na evasão da fagocitose e nas ações do complemento. 
- Oferece uma barreira para certos antibióticos, enzimas digestivas, detergentes, metais profundos, etc. 
- Há porinas (proteínas de membrana) que formam canais, permitindo a passagem de moléculas. Cada substância específica tem uma porina específica. As bactérias fazem secreção de proteínas, secretando pelo sistema de transporte da membrana. 
LPS da membrana externa em Gram negativas: Contém lipídeos e carboidratos e consiste do lipídeo A, um carne polissacarídico e um polissacarídeo. Quando as bactérias gram-negativas morrem, elas liberam o lipídeo A que é uma endotoxina. A endotoxina é um polissacarídeo que não tem efeito tóxico. A bactéria não secreta, apenas libera para o meio depois de morta. 
Mecanismo da febre desencadeado pelo LPS: Bactérias gram-negativas são ingeridas por fagócitos. À medida que as bactérias vão sendo degradadas nos vacúolos, o LPS das paredes celulares é liberado. Essas endotoxinas induzem os macrófagos a produzir uma citocina denominada interleucina-1 (IL-1). As citocinas são carregadas através do sangue até o hipotálamo, induzindo-o a liberar lipídeos denominados prostaglandinas que, por sua vez, alteram o termostato existente no hipotálamo para temperaturas mais altas, resultando em febre. 
Bactéria fagocitada pelo macrófago ou morta por antibiótico Degradação da parede celular Liberação do LPS LPS atua no macrófago Macófago libera IL1 IL1 liberada no sangue IL1 no hipotálamo Hipotálamo libera prostaglandinas por ação da IL1 Reajuste do termostato do hipotálamo pelas protaglandinas. 
Gram positivas: Ácido teicoico fazendo amarração (função de fibrilas). Parede celular mais rígida. 
Gram negativas: Espaço periplasmático – parede celular menos rígida. Membrana externa (confere seletividade maior que a gram positiva, são mais seletivas quimicamente). Servem como canal de proteína. 
O mecanismo de coloração de Gram tem como base as diferenças nas estruturas da parede celular das bactérias gram-positivas e gram-negativas e como cada uma delas reage aos vários reagentes. 
O cristal violeta, o corante primário, cora as células gram-positivas e gram-negativas de púrpura, pois penetra no citoplasma de ambos os tipos celulares. 
O lugol (mordente), quando aplicado, forma cristais com o corante que são muito grandes para escapar da parede celular. A aplicação de álcool desidrata a peptidoglicana das células gram-positivas para torna-la mais impermeável ao cristal violeta-iodo. O efeito nas células gram-negativas é bem diferente: o álcool dissolve a membrana externa das células, deixando pequenos buracos na camada de peptidoglicana, pelos quais o cristal violeta-iodo se difunde. 
Como as bactérias gram-negativas ficam incolores após a lavagem com álcool, a adição de safranina torna as células cor-de-rosa. A coloração rosa da safranina é mascarada pelo corante roxo previamente absorvido pelas células gram-positivas. 
Paredes celulares atípicas
Parede ácido resistente: É usada para identificar micobactérias. Essas bactérias contêm alta concentração de ácido micólico em sua parede que previne a entrada dos corantes. O ácido micólico forma uma parede externa a uma camada fina de peptideoglicana, os quais ficam unidos por polissacarídeo. 
Sem parede: Thermoplasma e Mycoplasma – Archaea e bactéria sem parede. Possuem membrana citoplasmática de camada lipídica, contendo esteróis (tríplice camada). Os esteróis são estabilizadores de membrana. As micoplasmas são as menores bactérias conhecidas que podem crescer e se reproduzir fora de células vivas de hospedeiros. Podem passar através da maioria dos filtros bacterianos.
Membrana citoplasmática: Reveste o citoplasma da célula. Consiste principalmente de fosfolipídeos e proteínas. Ausência de esteróis na maioria, sendo menos rígidas. 
Funções: 
- Barreira seletiva através da qual os materiais entram e saem da célula. Nesse caso, apresentam permeabilidade seletiva;
- Digestão de nutrientes;
- Produção de energia – são capazes de catalisar as reações químicas que degradam os utrientes e produzem ATP;
- Contenção do citoplasma;
- Transporte seletivo;
- Respiração (mesossomo);
- Fotossíntese (pigmentos fotossintéticos estão na membrana);
- Glicosilação/modificação da proteína;
- Divisão celular – sequência de DNA;
- Ancora ribossomos e faz síntese de proteína extracelular.
Estruturas Internas:
- Bicamada lipídica;
- Citoplasma espesso, aquoso e elástico. Possui uma área nuclear (contendo DNA), ribossomos e inclusões;
- DNA agrupados e diversos no citoplasma;
- Nucleoide contém um única molécula longa e contínua de DNA de fita dupla;
- Não há membrana celular;
- Mesossomo é uma estrutura temporária – invaginação da membrana citoplasmática.
Genoma Bacteriano
- Cromossomo único e circular;
- Plasmídeos (Moléculas de menor massa que o cromossomo; é circular e também carrega genes adicionais. Os genes adicionais são sequências gênicas que conferem adaptação). Pode ser conjugativa (F), resistência à droga (l), metabólicos, virulência (capacidade da bactéria produzir enzimas).
Ribossomo
- Sítio para síntese de proteína;
- Dispersos no citoplasma (síntese de proteína – intracelulares). Podem estar associados à membrana citoplasmática (síntese de proteínas – extracelulares);
- Tem tamanho e composição química diferente dos eucariotos (70S).
Inclusões citoplasmáticas: Depósitos de reservas. As células podem acumular certos nutrientes quando eles são abundantes e usá-los quando estão escassos no ambiente. 
- Grânulos de enxofre: bactérias obtém energia oxidando o enxofre e compostos contendo enxofre. Podem armazenar grânulos de enxofre na célula;
Esporos
- Forma de resistência da bactéria em condições adversas;
- Poucos gêneros de gram positivas produzem endósporos – ex: Bacillus;
- Na esporulação ocorre a condensação do material genético em uma cápsula;
- Esporo pode permanecer quiescente durante anos até encontrar um ambiente favorável onde sofrerá ação de enzimas específicas dando origem a uma bactéria metabolicamente ativa e capaz de se reproduzir.
Tolerância mecânica: desidratação
Dá impermeabilidade.
Células vegetativas de bactérias que formam endósporos iniciam a esporulação quando um nutriente torna-se escasso. 
Primeiramente, um cromossomo bacteriano recém-replicado e uma pequena porção de citoplasma são isolados por invaginação da membrana plasmática, denominada septo do esporo. O septo do esporo torna-se uma membrana dupla que circunda o cromossomo e o citoplasma. Essa estrutura é denominada pré-esporo. Camadas espessas de peptideoglicana são dispostas entre as duas lâminas da membrana. Então, uma capa de proteína se forma em torno da membrana externa, dandoresistência ao endósporo. A célula original é degradada e o endósporo é liberado. 
Um endósporo retorna ao seu estado vegetativo por um processo denominado germinação. A germinação é ativada por uma lesão física ou química no revestimento do endósporo. As enzimas do endósporo rompem as camadas extras que o circundam, a água entra, e o metabolismo recomeça.