Microbiologia Estruturas nacterianas

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Microbiologia Básica – Estruturas da parede celular
Estruturas Externas à Parede Celular
Glicocálice: (significa revestimento de açúcar). O glicocálice bacteriano é um polímero viscoso e gelatinoso que está situado externamente à parede celular e é composto de polissacarídeo, polipeptídeo ou ambos. Sua composição química varia amplamente entre as espécies. Se a substância é organizada e está firmemente aderida à parede celular, o glicocálice é descrito como uma cápsula. Se a substância não é organizada e está fracamente aderida à parede celular, o glicocálice é descrito como uma camada viscosa. Em certas espécies, as cápsulas são importantes para a contribuição da virulência bacteriana ( o grau com que um patógeno causa doença).
	Figura (a) - Micrografia óptica, empregando a técnica de coloração negativa, revelando células capsuladas.
	Figura (b) -Micrografia eletrônica de transmissão, revelando a delgada cápsula circudando a célula 
	(a) 
	(b) 
Flagelos: Algumas células bacterianas possuem flagelos (significando chicote), que são longos apêndices filamentosos que propelem as bactérias.
As células bacterianas têm quatro arranjos de flagelos: figura (c) - monotríquio (um único flagelo polar); figura (d) - anfitríquio (um tufo de flagelos em cada extremidade da célula); figura (e) - lofotríquio (dois ou mais flagelos em um pólo da célula); figura (f) - peritríquio (flagelos distribuídos por toda a célula).
	(c) 
	(d) 
	(e) 
	(f) 
Um flagelo tem três partes básicas: o corpo basal (estrutura composta por vários anéis que ancora o flagelo à parede celular e à membrana plasmática), uma estrutura curta e levemente mais larga em forma de gancho e um longo filamento que tem diâmetro constante e contém a proteína globular flagelina. Figura (g) - mostra as partes e a fixação de um flagelo de uma bactéria gram-negativa.
(g)
Uma vantagem da motilidade 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).
Filamentos Axiais: as espiroquetas se movem por meio de filamentos axiais ou endoflagelos, feixes de fibrilas que se originam nas extremidades das células, sob uma bainha externa, e fazem uma espiral em torno da célula.
	Figura ( h) - Uma fotomicrografia da espiroqueta Leptospira, mostrando um filamento axial. 
	Figura (i) - filamentos axiais enrolando-se em torno de uma parte de uma espiroqueta e corte transversal mostrando a posição dos filamentos axiais. 
	( h) 
	(i) 
Fímbrias e Pili: muitas bactérias gram-negativas contêm apêndices semelhantes a pêlos que são amis curtos, mais retos e mais finos que os flagelos e que são usados para fixação em vez de oara motilidade. Essas estruturas são divididas em dois tipos, fímbrias e pili, possuindo funções muito diferentes.
As fímbrias podem variar em número, de algumas unidades a muitas centenas por célula. Assim como o glicocálice, as fímbrias permitem à celula aderir a superfícies, incluindo as de outras células.
Os pili (singular: pilus) normalmente são mais longos que as fímbrias, e há apenas um ou dois por célula. Os pili unem-se às células bacterianas na preparação para a transferência de DNA de uma célula para a outra. Por essa razão, algumas vezes são denominados pili sexuais.
	Figura (j) - Fímbrias. 
	Figura (k) - Conjugação bacteriana mostrando o pili sexual. 
	(j) 
	(k) 
A Parede Celular
A parede celular de uma célula bacteriana é um estrutura complexa, semi-rígida, responsável pela forma da célula. Esta circunda a membrana plasmática frágil subjacente, protegendo-a ao interior da célula das alterações adversas no ambiente externo. 
A parede celular bacteriana é composta de uma rede macromolecular denominada peptideoglicana. A peptideoglicana consiste em um dissacarídeo repetitivo unido por polipeptídeos para formar uma rede que circunda e protege a célula. A porção dissacarídica é composta de monossacarídeos denominados N-acetilglicosamina (NAG) e ácido N-acetilmurâmico (NAM). Moléculas alternadas de NAM e NAG são ligadas em filas de 10 a 65 açúcares para formar um "esqueleto" de carboidratos (a porção glicana da peptideoglicana). O grupo carboxil de cada molécula de NAM liga-se a um tetrapeptídeo, composto por aminoácidos que alternam-se nas configurações L e D (a porção peptídica da peptideoglicana) . A enorme rigidez da da parede celular é resultante das ligações entre os tetrapeptídeos de cadeias adjacentes, chamadas pontes cruzadas peptídicas.
	Figura (l) - Estrutura da peptideoglicana em bactérias gram-positivas. As pequenas setas indicam onde a penicilina interfere com a ligação das fileiras de peptideoglicano por pontes cruzadas peptídicas. 
	(l) 
Paredes Celulares de Células Gram-Positivas 
As células gram-positivas possuem uma quantidade maior de peptideoglicano em sua parede celular, o que torna a parede dessas bactérias mais espessa e rígida do que a das bactérias gram-negativas. Composta de proteídas, lipídeos, peptideoglicano e ácidos teicóicos (cadeias de polifosfato com resíduos de ribitol e glicerol), essas bactérias são sensíveis à lisozima e sua parede constitui o local de ação de alguns antibióticos além de apresentar elementos básicos para identificação sorológica. 
	Figura (m) - Parede celular de bactéria gram-positiva. 
	(m) 
Paredes Celulares de Células Gram-Negativas 
A parede celular das bactérias gram-negativas é menos espessa e mais complexa do que a parede celular das bactérias gram-positivas, por apresentarem uma membrana externa cobrindo a fina camada de peptídeoglicano. A membrana externa é o que distingue as bactérias gram-negativas, servindo como uma barreira seletiva para a entrada e saída de algumas substâncias da célula e podendo ainda causar efeitos tóxicos sérios em animais infectados. A estrutura da membrana externa é composta por fosfolipídios, lipoproteínas e lipopolissacarídeos (LPSs). Os lipopolissacarídeos estão localizados exclusivamente na camada externa da membrana, enquanto que os fosfolipídeos estão presentes quase completamente na camada interna. Os LPSs são compostos por três segmentos ligados covalentemente: (1) lipídeo A, firmemente embebido na membrana; (2) cerne do polisssacarídeo, localizado na superfície da membrana; e (3) antígenos O, que são polissacarídeos que se estendem como pêlos a partir da superfície da membrana em direção ao meio circundante. A porção lipídica do LPSs é também conhecida como endotoxina e pode atuar como um veneno, causando febre, diarréia, destruição das células vermelhas do sangue e um choque potencialmente fatal. 
	Figura ( n) - Parede celular de bactéria gram-negativa. 
	( n) 
Estruturas Internas à Parede Celular
Membrana Plasmática: A membrana plasmática tem espessura de aproximadamente 10 nm e separa a parede celular do citoplasma. A membrana plasmática dos procariotos é constituída principalmente de fosfolipídeos e proteínas, e difere da membrana plasmática das células eucarióticas por não apresentar esteróides em sua composição.
As moléculas de fosfolipídeo estão distribuídas em duas linhas paralelas, denominadas camada dupla de fosfolipídeo. As moléculas de proteína na membrana podem estar distribuídas de várias formas. Algumas denominadas proteínas periféricas e outras denominadas proteínas integrais. Acredita-se que algumas proteínas integrais penetrem na camada dupla da membrana plasmática completamente, sendo então denominadas proteínas transmembranas.
Alguns estudos demonstraram que as moléculas de fosfolipídeos e proteína nas membranas não são estáticas, mas se movem com certa liberdade. Esse arranjo dinâmico é denominado modelo do mosaico fluido. 
	Figura (o) - Estrutura da membrana plasmática. 
	 (o) 
A funçaõ mais importante da membrana plasmática é servir como uma barreira seletivaonde certas moléculas e íons passam através da membrana, mas outros são impedidos de passar através dela. As moléculas grandes (ex: proteínas) não podem passar através da membrana plasmática porém, as moléculas menores (ex: água, oxigênio, dióxido de carbono) geralmente a atravessa com facilidade. As substâncias que se dissolvem facilmente em lipídeos (ex: moléculas orgânicas apolares) entram e saem mais facilmente que outras substâncias, pois a membrana é composta principalmente de fosfolipídeos.
As membranas plasmáticas também são importantes para a digestão de nutrientes e a produção de energia. As membranas plasmáticas das bactérias contêm enzimas capazes de catalisar as reações químicas que degradam os nutrientes e produzem ATP.
O Movimento de Materiais Através das Membranas
Os materiais se movem através das membranas plasmáticas por dois tipos de processos: passivo e ativo. Nos processos passivos, as substâncias se movem a favor do gradiente de concentração, sem qualquer gasto de energia (ATP) pela célula. Nos processos ativos, a célula deve usar energia (ATP) para mover as substâncias contra o gradiente de concentração.
Processos Passivos: 
-difusão simples: movimento das moléculas ou dos íons a favor do gradiente de concentração. O movimento continua até que as moléculas ou íons sejam distribuídos homogeneamente (equilíbrio).
-difusão facilitada: a substância a ser transportada se combina com uma proteína transportadora. 
-osmose: é o movimento de moléculas de solvente através de uma membrana seletivamente permeável, de uma área com alta concentração de moléculas de solvente para uma área de baixa concentraçaõ de moléculas de solvente.
Um célula bacteriana pode estar sujeita a qualquer um dos três tipos de soluções osmóticas: isotônica, hipotônica ou hipertônica. 
	Figura (p) - Os efeitos de várias soluções sobre as células bacterianas. 
	 (p) 
Processos Ativos:
-translocação de grupo: uma forma especial de transporte ativo que ocorre exclusivamente em procariotos. Um exemplo é o transporte do açúcar glicose - enquanto uma proteína transportadora específica está transportando a molécula de glicose através da membrana, um grupo fosfato é adicionado ao açúcar. Essa forma fosforilada de glicose, não pode ser transportada para fora da célula, podendo então ser utilizada nas vias metabólicas celulares.
Citoplasma: cerca de 80% do citoplasma é composto de água, contendo principalmente proteínas (enzimas), carboidratos, lipídeos, íons inorgânicos e compostos de baixo peso molecular. As principais estruturas do citoplasma dos procariotos são: uma área nuclear, as partículas denominadas ribossomos e os depósitos de reserva denominados inclusões.
Área nuclear (ou nucleóide): as bactérias apresentam um cromossomo circular constituído por uma única molécula longa de DNA de dupla fita não delimitado por membrana nuclear. O cromossomo bacteriano contém todas as informações necessárias à sobrevivência da célula e é capaz de auto-duplicação. Algumas bactérias possuem moléculas menores de DNA de dupla fita, também circulares, cujos genes não codificam características essenciais, porém muitas vezes conferem vantagens seletivas à bactéria que os possui. Essas moléculas chamadas plasmídeos são capazes de auto-duplicação independente da replicação do cromossomo, e podem existir em número variável no citoplasma bacteriano.
	Figura (q) - Representação do DNA bacteriano (cromossomo e plasmídeo). 
	(q) 
Ribossomos: estão presentes em grande número nas células bacterianas conferindo ao citoplasma aparência granular quando observado ao microscópio eletrônico. Estes servem como locais de síntese proteica. O conjunto de diversos ribossomos, que durante a síntese protéica está ligado a uma molécula de RNAm recebe o nome de polissomo.
Inclusões: 
-grânulos metacromáticos (ou volutina): representam uma reserva de fosfato inorgânico (polifosfato) que pode ser usada na síntese de ATP. Esses grânulos são característicos do Corynebacterium diphtheriae, agente causador da difteria; assim, eles possuem importância diagnóstica. 
-grânulos polissacarídicos: representam uma reserva de glicogênio e amido.
-grânulos do polímero ácido poli-?-hidroxibutírico: representam uma reserva de lipídeos exclusiva das bactérias. 
-grânulos de enxofre: representam uma reserva de energia. Certas bactérias que pertencem ao gênero Thiobacilus obtêm energia oxidando o enxofre e compostos contendo enxofre. 
-carboxissomos: são inclusões que contêm a enzima ribulose 1,5-difosfato carboxilase. As bactérias que usam dióxido de carbono como sua única fonte de carbono requerem essa enzima para fixação do dióxido de carbono durante a fotossíntese.
-vacúolos de gás: são cavidades ocas encontradas em muitos procariotos aquáticos. Estes vacúolos de gás mantêm a flutuação, para que as células possam permanecer na profundidade apropriada de água para que recebm quantidades suficientes de oxigênio, luz e nutrientes.
-magnetossomos: são inclusões de óxido de ferro formadas por várias bactérias gram-negativas como o Aquaspirilum magnetotacticum, que agem como ímãs. As bactérias podem usá-los para se mover até atingir um local de fixação aceitável. 
	Figura (r) - Magnetossomos. 
	(r) 
Endosporos: os esporos que se formam dentro da célula, chamados endosporos, são exclusivos das bactérias (principalmente as pertencentes ao gênero Bacillus e Clostridium). Eles possuem parede celular espessa, são altamente refráteis (brilham muito com a luz do microscópio) e altamente resistentes a agentes físicos (dessecação e aquecimento) e químicos (antisépticos).
O processo de formação de endosporos dentro de uma célula-parental vegetativa leva várias horas e é conhecido como esporulação - processo representado na figura (s). Células vegetativas de bactérias que formam endosporos começam a esporulação quando um nutriente-chave, como uma fonte de carbono ou nitrogênio, torna-se escassa ou indisponível. Os endosporos têm pouca atividade metabólica, podendo permanecer latente por longos períodos. Um endosporo retorna a seu estado vegetativo por um processo denominado germinação. Como uma célula vegetativa forma um único esporo que, após a germinação, permanece uma célula, a esporulação em bactérias não é um meio de reprodução e sim uma forma de sobrevivência.
Vídeo mostrando o processo de esporulação  http://jordanprotocell.nexo.com/xtremelife/105
	Figura (s) - Formação de endosporos por esporulação. 
	(s) 
 
Última atualização: sábado, 5 setembro 2009, 14:48
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