Estudo da parede celular bacteriana

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Estudo da parede celular bacteriana
Para suportar a alta pressão osmótica da célula, devido a presença de grande concentração de soluto
interno, bactérias apresentam uma parede ceular complexa e semirigida que circunda a membrana celular
adjacente, também responsável pela forma da bactéria.
A parede celular apresenta uma composição química complexa, composta por uma rede de macromoléculas
denominada peptidioglicano (mureína ou mucopeptídeo), que está presente isoladamente ou em
combinação com outras substâncias.
O peptidioglicano corresponde a um dissacarídeo repetitivo único e por pelipeptídios que formam um
"esqueleto" que circunda e protege toda a célula. A estrutura básica do peptidioglicano pode ser definida
como um arcabouço onde as cadeias glicanas ligamse por ligações peptídicas cruzadas, formadas pelos
aminoácidos. A porção dissacarídica é composta por dois derivados de monossacarídeos denominados N-
acetilglicosamina (NAG) e ácido N-acetilmurâmico (NAM), unidos alternadamente e ligados à glicose. Filas
adjacentes estão ligadas por polipeptídeos. Embora a estrutura da ligação polipeptídica varie, ela sempre
inclui cadeias laterais de tetrapetídeos, que consistem em quatro amino-ácidos unidos aos NAMs do
esqueleto. Os aminoácidos ocorrem em um padrão alternado de formas L e D e consistem em L-alanina, D-
alanina, ácido D-glutâmico e lisina (ou ácido diaminopimélico – DAP). Esse padrão é único, pois os
aminoácidos encontrados em outras proteínas são formas L; desta maneira, os aminoácidos D-glutâmico,
D-alanina e DAP não são encontrados em qualquer outra proteína conhecida. As cadeias laterais paralelas
de tetrapeptídeo ligam-se diretamente umas às outras por uma ponte cruzada peptídica, consistindo de
uma cadeia curta de aminoácidos. Assim, devido a esta complexa estrutura, o peptidioglicano confere
rigidez à parede, embora também apresente elasticidade e porosidade, permitindo a passagem de
substâncias.
Dependendo da organização da parede celular, as bactérias podem ser classificadas em dois grandes grupos
distintos, de acordo com sua resposta ao método de colora- ção pelo método de Gram: Gram positivas () e
Gram negativas ().
Embora esta distinção tenha sido originalmente baseada em um procedimento especial de coloração –
processo de coloração de Gram – as diferenças estruturais entre os dois grupos residem, essencialmente, na
estrutura e composição química da parede celular.
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Parede Celular de Bactérias Gram positivas
Na maioria das bactérias Gram positivas, a parede celular consiste de muitas camadas de peptidioglicano,
formando uma estrutura espessa e rígida.
Também contém substâncias denominadas ácidos teicóicos, que consistem principalmente em polímeros
álcoois (glicerol ou ribitol), associados a açúcares ou aminoácidos e conectados entre si por fosfato.
Existem duas classes de ácidos teicóicos: o ácido lipoteicóico, que atravessa a camada de peptidioglicano e
está ligado covalentemente aos lipídios da membrana plasmática, e o ácido teicóico de parede, que
apresenta ligação covalente com o peptidioglicano.
Devido à carga negativa, os ácidos teicóicos são parcialmente responsáveis pela carga negativa da
superfície celular e podem permitir a passagem de cátions através da parede celular, para dentro e para fora
da célula. Também assumem um papel no crescimento da célula, impedindo a ruptura da parede e lise
celular. Ainda, constituem importantes antígenos de superfície; portanto, tornam possível identificar
bactérias através de certos testes laboratoriais.
Parede Celular de Bactérias Gram negativas
As paredes celulares de bactérias Gram negativas consistem de uma estrutura bastante complexa, com
poucas camadas de peptidioglicano, ausência de ácidos teicóicos e uma camada adicional de parede,
composta por lipopolissacarídeo (LPS), denominada membrana externa. Essa camada corresponde a uma
segunda camada lipídica, diferente da membrana celular.
O peptidioglicano está ligado a lipoproteínas na membrana externa e está em um espaço cheio de fluido
entre a membrana celular e a membrana externa, denominado espaço periplasmático (periplasma). O
espaço periplasmático contém uma alta concentração de enzimas de degradação (enzimas hidrolíticas que
promovem a degradação inicial dos nutrientes), proteínas de transporte (que iniciam os processos de
transporte de substratos) e quimiorreceptores.
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A membrana externa consiste de LPS, lipoproteínas e fosfolipídios. Apresenta várias funções específicas e
sua forte carga negativa é um fator importante na evasão da fagocitose e de ações do sistema imunológico
do hospedeiro. A membrana externa também fornece uma barreira para alguns antibióticos, enzimas
digestivas como a lisozima, detergentes, metais pesados, sais biliares e certos corantes. Entretanto, não
fornece uma barreira para substâncias ambientais, pois nutrientes devem atravessá-la para manter o
metabolismo bacteriano. Parte da permeabilidade da membrana externa é devida a proteínas denominadas
porinas, que formam canais permitindo a passagem de pequenas substâncias como nucleotídeos,
dissacarídeos, peptídeos, aminoácidos, vitaminas e ferro. Existem vários tipos de porinas que podem ser
classificadas como específicas, quando possuem sítio de ligação específica para um grupo de substâncias
estruturalmente relacionadas, ou não específicas, quando formam canais preenchidos por água, pelos quais
pequenas substâncias podem passar.
O componente LPS da membrana externa consiste em duas porções: um polissacarídeo interno e o
polissacarídeo O (antígeno O), que atuam como antígenos e são úteis para diferenciar as espécies de
bactérias Gram negativas e a porção lipídica do lipopolissacarídeo, denominada lipídio A, que é referida
como endotoxina, sendo tóxica quando presente no organismo do hospedeiro. Um complexo lipoprotéico é
encontrado na camada interna da membrana externa. Essas lipoproteínas contêm pequenas proteínas que
atuam ancorando a membrana externa ao peptidioglicano. Os fosfolipídios são encontrados na camada
interna da membrana, enquanto na camada externa são substituídos pelo LPS.
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Bactérias desprovidas de Parede Celular
Algumas bactérias não apresentam parede celular ou apresentam muito pouco material de parede. Essas
são representadas por membros do gênero Mycoplasma, as menores bactérias de vida livre conhecidas que
podem crescer e se reproduzir fora de células vivas de hospedeiros. Sua membrana celular destaca-se das
outras bactérias por possuírem lipídios denominados esteróis; acredita-se que estes ajudem a protegê-las
da lise. A falta da parede celular parece facilitar a fusão da membrana celular com a célula hospedeira.
Destruição da Parede Celular por Antibióticos
Substâncias químicas que destroem a parede celular bacteriana, ou que interferem com sua biossíntese
freqüentemente não causam dano as células animais, pois a parede celular bacteriana é composta de
substâncias diferentes daquelas presentes nas células eucariontes.
Alguns antibióticos, portanto, atuam inibindo a síntese da parede celular bacteriana, como a penicilina, um
antibiótico que deriva de bolores Penicillium obtidas por extração de culturas em meios especiais,
descoberto por Fleming em 1928.
Estrutura da Parede Celular e Coloração de Gram
As células podem ser submetidas a procedimentos de coloração que aumentam o seu contraste e facilitam
sua observação ao microscópioóptico de campo claro. Os corantes utilizados para corar bactérias são
compostos químicos que se combinam fortemente aos constituintes celulares.
Em 1884 um bacteriologista dinamarquês chamado Hans Christian Gram (1853-1938) desenvolveu um
método de coloração bacteriana diferencial para distinguir entre duas classes de bactérias. O método de
coloração que recebeu seu nome é um dos procedimentos de coloração fundamentais em microbiologia,
visto que está correlacionado com muitas outras propriedades morfológicas em formas filogeneticamente
correlatas, sendo considerado essencial na identificação de uma bactéria desconhecida, pois classifica as
bactérias em dois grupos: Gram positivo ou Gram negativo.
Christian Gram observou que, após o processo de coloração com dois corantes distintos as bactérias
apresentavam reações diferentes em relação aos dois corantes utilizados. As bactérias Gram positivas
coram-se em roxo, enquanto as bactérias Gram negativas coram-se em vermelho.
Um esfregaço bacteriano fixado pelo calor é recoberto inicialmente com um corante básico roxo (cristal
violeta), com o objetivo de corar todas as células em roxo (coloração primária), e posteriormente o
esfregaço é tratado com uma solução de iodo (lugol), um mordente que forma um complexo insolúvel de
cristal violeta-iodo, que permanece dentro da célula, permitindo a coloração de bactérias Gram positivas e
Gram negativas em roxo.
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Posteriormente, realiza-se o tratamento do esfregaço com álcool, sendo esse complexo extraído de
bactérias Gram negativas devido à capacidade do álcool em penetrar a membrana externa, rica em lipídios,
removendo o complexo cristal violeta-iodo, mas incapaz de descolorir bactérias Gram positivas. Como as
bactérias Gram negativas tornam-se incolores após o tratamento com álcool, aplica-se sobre o esfregaço o
corante safranina, um corante básico vermelho, que cora as bactérias Gram negativas em uma tonalidade
avermelhada.
Tal reação à coloração de Gram se deve às diferenças na espessura e composição química da parede celular
de bactérias Gram positivas e Gram negativas, que permite que o álcool descore as células Gram negativas,
mas não as Gram positivas. Algumas bactérias, como os membros do gênero Mycobacterium são mais
freqüentemente identificadas utilizando outro tipo de coloração, conhecida como álcool-ácido-resistente,
já que após o processo de coloração de Gram não assumem a cor roxa ou vermelha, sendo referidas como
bactérias Gram-variáveis. Dessa maneira, em relação à composição química da parede celular, temos:
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COMPLEMENTAR (https://ead.uninove.br/ead/disciplinas/impressos/_g/mibio40/a04tc01_mibio40.pdf)
Protoplastos, Esferoplastos e formas L Protoplastos, Esferoplastos e formas L: A parede celular das
bactérias pode ser removida utilizando-se enzimas que rompem as ligações glicosídicas entre NAG e
NAM ou bloqueando a síntese de peptidioglicano com antibióticos (como a penicilina). Se o conteúdo
celular permanecer circundado pela membrana plasmática e a lise celular não ocorrer, a célula sem a
parede celular será denominada protoplastos (em bactérias Gram positivas) e esferoplastos (em bactérias
Gram negativas que conservam a membrana externa). Se essas bactérias forem capazes de se desenvolver
e se reproduzir serão denominadas formas L. Algumas bactérias produzem formas L espontaneamente, o
que contribui para a sua patogenicidade, determinando infecções crônicas.
REFERÊNCIA
Jawets, E. Microbiologia Médica. 22ª ed., Rio de Janeiro: McGraw-Hill, 2006.
Madigan, M.T. Martinko, J.M., Parker, J. Microbiologia de Brock. 10ª ed., São Paulo: Pearson, 2004.
Pelczar, M.J.Jr., Chan, E.C.S., Krieg, N.R. Microbiologia: Conceitos e Aplicações, 2ª ed., São Paulo: Makkron
Books, 1996.
Tortora, G.J. Microbiologia. 8ª ed., Porto Alegre: Artmed, 2005.
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