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• O que é Microbiologia? Estudo da vida, vista apenas pelo microscópio, porque são muito pequenos, seres que não podemos ver a olho nú. • É o estudo dos micro-organismos • Os MO individualizados só podem ser vistos através de microscópios • Micro: microscópio / bio: estudo da vida / logia: todas as ciências que envolvem a saúde. • O que são micro-organismos? • Formas diminutas de vida muito pequenos para serem vistos a olho nú • São seres onipresentes • MO: micro-organismos -> seres onipresentes -> estão em todos os lugares • O grupo de micro-organismos inclui bactérias, fungos, protozoários e algas microscópicas • Neste grupo também estão os vírus (o vírus tem algumas particularidades, não são considerados seres vivos, apenas partículas, para se reproduzir precisa de uma célula hospedeira, sem ela o vírus não se reproduz) • Microbiota Normal: é aquela que está no nosso corpo o tempo todo, sem fazer mal nenhum. •Microbiota Bucal: estão na nossa boca todo o tempo, sem fazer mal nenhum(doença) •Infecções Oportunistas: são doenças que se aproveitam da fraqueza do sistema imunológico, que cuida da defesa do organismo. • A maioria dos MO contribui de modo essencial na manutenção do equilíbrio dos organismos vivos e dos elementos químicos do ambiente • Micro-organismos de água doce e dos oceanos constituem a base da cadeia alimentar; tudo começa com os MO, eles servem de comida para outros animais, são a base da cadeia alimentar. • Micróbios do solo ajudam a degradar detritos reciclando elementos Químicos; Quando morremos as bactérias que estão no corpo começam a comer, são os MO que fertilizam o solo, quem decompõe os cadáveres. • Alguns MO têm importância fundamental na fotossíntese; o ar que nós respiramos vem das algas; •Patogênico: Mo que causa doença • Os seres humanos e muitos outros animais dependem dos micróbios em seus intestinos para a digestão e a síntese de algumas vitaminas. exemplo: não comemos folhas porque não temos mo que digere celulose, o boi tem, então o boi não vive sem esses MO. • Os MO também possuem aplicações comerciais, sendo usado na síntese de produtos químicos como enzimas, álcool e muitas drogas • A indústria de alimentos também usa micróbios para vinagre, bebidas alcoólicas, manteiga, queijo, etc.. • Apesar de uma minoria de MO ser considerada patogênica, o conhecimento prático é fundamental para a medicina • Os MO são encontrados em quase todos os lugares • Antes da invenção dos microscópios, os micro-organismos eram desconhecidos da ciência • Nosso corpo possui dez vezes mais MO do que células humanas • 1,5Kg • A maioria desses micro-organismos não causam doenças • Microbiota endógena; flora endógena; microbiota normal; microbiota indigena • Apenas 3% dos MO conhecidos são patogênicos • Patógenos • MO capazes de causar doenças • O sistema de nomenclatura para os MO utilizados hoje foi estabelecido em 1735 por Carolus Linnaeus • Os nomes científicos são latinizados • A nomenclatura científica designa para cada organismo dois nomes • O Gênero é o primeiro nome, sempre iniciado com letra maiúscula • O segundo nome é o epíteto específico (nome das espécies), escrito sempre em letra minúscula Streptococus mutans • O organismo é designado pelos dois nomes, o gênero e o epíteto Específico • Ambos são escritos em itálico ou sublinhados Streptoccus mutans Streptococus mutans Bactérias Fungos Protozoários Algas Vírus • São organismos relativamente simples • Unicelulares • Procariontes • Material genético não envolvido por membrana – carioteca •As três principais formas de bactérias são: bacilos, cocos e espirilos • As arquibactérias são células procarióticas • São frequentemente encontradas em ambientes extremos: como vulcões, baixa temperatura e etc • Não são conhecidas como causadoras de doenças humanas • Os fungos são eucariontes • Podem ser unicelulares ou multicelulares •Os fungos obtêm os nutrientes pela absorção do material orgânico do ambiente • São micróbios unicelulares eucariontes • Apresentam uma variedade de formas • Vivem de forma livra ou parasitas •Obtêm seu alimento pela absorção ou ingestão através de estruturas especializadas • São eucariontes fotossintéticos • São abundantes em água doce e salgada, no solo e em associação com plantas • As algas produzem oxigênio •Elas obtêm seu alimento por meio da fotossíntese • São diferentes de todos os outros tipos de MO • A maioria só pode ser visto através de microscópio eletrônico • São acelulares • Os vírus só podem se reproduzir utilizando as estruturas de célula hospedeira • MO celulares • Procariontes • Bactérias • Eucariontes • Fungos • Algas • Protozoários • MO acelulares • Vírus • Uma das mais importantes descobertas da biologia se deu em 1665 com a ajuda de um microscópio relativamente simples • Após observar uma fina fatia de cortiça, Robert Hooke relatou ao mundo que as menores unidades vivas eram “pequenas caixas” ou “células”, como ele as chamou • De posse de um microscópio composto, Hooke conseguiu visualizar as células individualmente • Esta descoberta marcou o início da teoria celular TODAS AS COISAS VIVAS SÃO COMPOSTAS DE CÉLULAS • Entretanto, os microscópios de Hooke não tinha uma resolução suficiente capaz de observar os micróbios • O primeiro a observar os MO vivos através de lentes de aumento foi o holandês Anton van Leeuwenhoek • Entre 1673 e 1723, Leeuwenhoek encreveu várias cartas para a sociedade real de Londres descrevendo os “animáculos”, que ele viu através de seu microscópio de lente única • Anton Leeuwenhoek fez vários desenhos detalhados de água de chuva, de suas próprias fezes e de material raspado de seus dentes • Anton van Leeuwenhoek ficou conhecido como o “pai da microbiologia” • Cartas de Leeuwenhoek • Nunca especulou a origem desses MO • Nunca associou à causa de doenças • Robert Koch • Loui Pasteur “Mantenho meu dentes limpos, todavia, quando eu os vejo através de uma lente de aumento, encontro crescendo entre eles uma pequena massa branca tão espessa quanto farinha umedecida... E para minha surpresa, percebi que o material continha inúmeros minúsculos animais vivos que se moviam...” PLACA BACTERIANA • Após as descobertas de van Leeuwenhoek, a comunidade científica passou a estudar a origem dessas minúsculas coisas vivas • Até metade do século XIX, muitos cientistas e filósofos acreditavam que algumas formas de vida poderiam surgir espontaneamente da matéria morta TEORIA DA GERAÇÃO ESPONTÂNEA • Um forte oponente da geração espontânea foi o italiano Francesco Redi (1668) • Redi demonstrou que as larvas de insetos não nasciam espontaneamente da carne apodrecida • Em seu experimento, Redi encheu duas jarras com carne em decomposição • Os antagonistas de Redi não se convenceram. Eles argumentavam que o ar fresco era necessário para a geração espontânea • Redi, então, realizou um segundo experimento • A questão ainda não estava resolvida em 1858, quando o cientista alemão Rudolf Virchow desafiou o conceito da geração espontânea com o conceito da Biogênese • Segundo Virchow, as células vivam só poderiam surgir a partir de outras células vivas TEORIA DA BIOGÊNESE • Os argumentos da geração espontânea continuaram até 1861, quando Louis Pasteur resolveu a questão • Pasteur demonstrou que os MO estavam presentes no ar e poderiam contaminar soluções estéreis, mas oar por si só não podia criar micróbios • Louis Pasteur mostrou que os MO podem estar presentes na matéria não viva • Demonstrou conclusivamente que a vida microbiana pode ser destruída pelo calor • Essas descobertas formam a base das técnicas de assepsia • Durante muito tempo se achou que as doenças eram punições para crimes e pecados • A maioria das pessoas que viviam a época de Pasteur achavam inconcebível que micróbios invisíveis pudessem viajar pelo ar e infectar plantas e animais • Gradualmente os cientistas foram acumulando informações e provando que as doenças eram causadas por germes TEORIA DO GERME DA DOENÇA • A primeira prova de que as bactérias eram as causadoras das doenças foi fornecida por Robert Koch em 1876 • Robert Koch estabeleceu uma correlação direta entre um patógeno específico e uma determinada doença POSTULADOS DE KOCH • O mesmo patógeno deve estar presente em todos os casos da doenças; • O patógeno deve ser isolado do hospedeiro doente e cultivado em cultura pura; • O patógeno obtido da cultura pura deve causar a doença quando inoculado em um animal de laboratório suscetível e saudável; • O patógeno deve ser isolado do animal inoculado e deve ser, necessariamente, o organismo original. • Todos vivemos do nascimento até a morte em um mundo cheio de micro-organismos • Alguns desses MO fazem parte do nosso corpo humano MICROBIOTA NORMAL OU FLORA • A microbiota normal não faz mal nenhum, podendo ser benéfico na maioria das vezes • Algumas microbiotas normais nos protegem contra as doenças por prevenirem o crescimento de MO nocivos ANTAGONISMO MICROBIANO • Porém, sob certas circunstâncias, a microbiota normal pode nos fazer adoecer ou infectar pessoas com quem temos contato • A distinção entre saúde e doença é em grande parte um equilíbrio entre as defesas naturais do corpo humano e a propriedade dos MO causarem doenças • Na natureza os MO podem viver de forma separada ou unidos uns aos outros aderidos a uma superfície sólida BIOFILME • Biofilme é uma agregação complexa de micro-organismos • Os biofilmes podem ser benéficos • Doença infecciosa é aquela em que patógenos invadem um hospedeiro suscetível, como um homem ou animal • Neste processo, o patógeno efetua pelo menos uma parte do seu ciclo de vida dentro do hospedeiro • As doenças infecciosas não estão desaparecendo, mas parecem estar ressurgindo ou aumentando DOENÇAS INFECCIOSAS EMERGENTES São aquelas doenças que estavam sumindo e do nada começam a aumentar. • A ciência da classificação dos seres vivos é chamada de taxonomia • Para facilitar o estudo dos micro-organismos, eles são classificados em categorias: TAXAS • A sistemática ou filogenia é o estudo da história evolutiva dos Organismos • Desde Aristóteles os organismos eram classificados de duas maneiras PLANTAS ANIMAIS • Carolus Linnaeus, em 1735, apresentou um sistema forma de classificação dividindo os organismos em dois reinos PLANTAE ANIMALIA • Em 1857, Von Nãgeli propôs que as bactéria e os fungos fossem colocados no reino das plantas • Os fungos foram classificados em seu próprio reino somente em 1959 • Com o advento da microscopia eletrônica, as diferenças físicas entre as células ficaram evidentes • Em 1937, Edward Chatton introduziu o termo PROCARIOTO para distinguir as células sem núcleo das células nucleadas • Em 1969, Robert Whittaker criou o sistema de cinco reinos, no qual os procariotos foram colocados no reino Monera • A descoberta de três tipos de células teve como base de que os ribossomos (RNA) não são os mesmos. Cada célula tem um tipo de ribossomo diferente (eucarionte, procarionte e etc). • Essa diferenciação deu origem aos domínios EUCARIONTES BACTÉRIAS ARQUIBACTÉRIAS • Na classificação por domínios, os animais, plantas, fungos e protistas são reinos do domínio Eukarya • O domínio Bacteria inclui todos os procariotos patogênicos, assim como muito dos não patogênicos presentes no solo e água • O domínio Archaea inclui procariotos que não têm peptideoglicana nas suas paredes celulares e que frequentemente vivem em ambientes extremos • Todos os organismos podem ser agrupados em uma série de subdivisões • Um grupo de espécies forma um gênero, que relacionados formam uma FAMÍLIA • Um grupo de famílias similares forma ORDEM • Um grupo de ordens similares forma uma CLASSE • Um grupo de classes relacionados forma um FILO • Todos os filos formam um REINO • Os reinos agrupados formam um DOMÍNIO FAMÍLIA ORDEM CLASSE FILO REINO DOMÍNIO • Os procariotos são divididos em dois domínios Bacteria Archaea • As classes são divididas em ordens; as ordens, em famílias; as famílias, em gêneros; os gêneros, em espécies • Uma espécie procariótica é definida simplesmente como uma população de células com características similares • Os organismos eucarióticos simples são agrupados no Reino Protista • O Reino Fungi inclui as leveduras unicelulares, bolores multicelulares e cogumelos • O Reino Plantae inclui as algas e plantas • O Reino Animalia inclui esponjas, vários vermes, insetos e animais com esqueleto • Os vírus não são classificados em nenhum dos três domínios • Os vírus não são compostos por células, são acelulares • Uma população de vírus com características similares recebe a denominação de ESPÉCIE VIRAL • São parasitas intracelulares obrigatórios • Todas as células vivas podem ser classificados em dois grandes grupos Eucariontes Procariontes • O DNA do procarioto é arranjado em um cromossomo simples e circular, não sendo circundado por membrana Carioteca • Os procariontes não possuem organelas revestidas por membranas • Plantas e animais são inteiramente compostas de células eucariontes • No mundo microbiano, as bactérias e arquibactérias são procariotos • Os fungos, algas e protozoários são eucariontes • Os vírus, como elementos acelulares, não se encaixam em qualquer classificação organizacional das célula vivas • Procariotos e eucariotos são quimicamente semelhantes, uma vez que ambos possuem ácido nucléicos, proteínas, lipídios e carboidratos • É principalmente a estrutura das paredes celulares e membranas, além da ausência de organelas que os distinguem • Características diferenciais • Seu DNA não está envolvido por membrana • Seu DNA não está associado com histonas • Não possuem organelas revestidas por membrana • Normalmente se dividem por fissão binária • Características diferenciais • Seu DNA é encontrado no núcleo, que é separado do citoplasma • Seu DNA é associado a histonas e outras proteínas • Possuem diversas organelas revestidas por membrana • A divisão geralmente ocorre por mitose • As bactérias possuem algumas formas básicas: • Cocos • São bactérias esféricas • Bacilos • São bactérias em forma de bastão (bastonetes) • Dividem-se somente através do seu eixo curto • Espiral • Bactérias espiraladas •Possui forma helicoidal • COCOS • Os cocos geralmente são redondos, mas podem ser ovais, alongados ou achatados em uma das extremidades • Quando os cocos se dividem para se reproduzir, as células podem permanecer ligadas umas às outras • Cocos que permanecem aos pares após a divisão são chamados de diplococos • Cocos que se dividem e permanecem ligados uns aos outros em forma de cadeia são chamados de estreptococos • Os cocos que se dividem em dois planos e permanecem em grupos de quatro são chamadosde tétrades • Os cocos que se dividem em três planos e permanecem unidos em forma de cubo com oito bactérias são chamados de sarcinas • Os cocos que se dividem em vários planos e formam agrupamentos em forma de cachos de uva são chamados de estafilococos Bactérias do tipo Cocos • Diplococos • Estreptococos • Tétrade • Sarcina • Estafilococos • BACILOS • A maioria dos bacilos se apresentam como bastonetes simples • Os bacilos que, após a divisão binária, permanecem aos pares são chamados de diplobacilos • Os bacilos que, após a divisão binária, permanecem em forma de cadeia são chamados de estreptobacilos • Alguns bacilos são ovais e tão parecidos com os cocos que são chamados de cocobacilos • Bactérias do tipo bacilos • Bacilo isolado • Diplobacilos • Estreptobacilos • Cocobacilos • ESPIRAIS • As bactérias espirais possuem uma ou mais curvas. NUNCA SÃO RETAS • As bactérias que se assemelham a bastões curvos são chamados de vibriões • As bactérias espirais que possuem a forma helicoidal, como um saca rolha, com estrutura bastante rígida são chamadas de espirilos • As bactérias espirais que possuem forma helicoidal e são flexíveis são chamadas de espiroquetas • Bactérias do tipo espiral • Vibrião • Espirilo • Espiroqueta • CLASSIFICAÇÃO MORFOLÓGICA DAS BACTÉRIAS • Cocos • Diplococos • Estreptococos • Estafilococos • Tétrades • Sarcinas • Bacilos • Diplobacilos • Estreptobacilos • Cocobacilos • Espiral • Vibriões • Espirilos • Espiroquetas • A forma de uma bactéria é determinada pela hereditariedade • Geneticamente, a maioria das bactérias é monomórfica A BACTÉRIA MANTÉM UMA ÚNICA FORMA • Entretanto, algumas bactérias são pleomórficas A BACTÉRIA APRESENTA VÁRIAS FORMAS • A célula bacteriana pode ser estudada de acordo com a seguinte divisão: • Estruturas externamente à parede celular • Parede celular • Estruturas internamente à parede celular • Estruturas externas à parede celular • Glicocálice • Flagelos • Filamentos • Fímbrias • Pili • Glicocálice • Consiste em um revestimento de açúcar secretada por células procarióticas • O glicocálice bacteriano é um polímero viscoso e gelatinoso • Está situado externamente à parede celular • 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 camada viscosa • Glicocálice • Cápsula • Camada viscosa • As cápsulas são importantes para a virulência bacteriana • As cápsulas protegem as bactérias patogênicas da fagocitose pelas células hospedeiras • O glicocálice é um componente muito importante para os biofilmes • O glicocálice auxilia as células em um biofilme a se fixarem ao seu ambiente alvo e uma às outras SUBSTÂNCIA POLIMÉRICA EXTRACELULAR (SPE) • O Streptococus mutans, um importante causador da cárie, fixa-se na superfície do dente através do glicocálice • Flagelos • Algumas células procarióticas possuem flagelos • São longos apêndices filamentosos que propelem as células • Um flagelo tem três partes básicas • Filamento • Gancho • Corpo basal • O flagelo procariótico é uma estrutura helicoidal semirrígida que move a célula pela rotação do corpo basal • A rotação pode ter sentido horário ou anti-horário • Os flagelos eucarióticos, ao contrário, realizam um movimento ondulante • À medida que o flagelo gira, forma-se um feixe que empurra o líquido circundante e propele a bactéria • Flagelos • As bactérias podem alterar a velocidade e a direção de rotação dos flagelos • São capazes de vários padrões de mobilidade CAPACIDADE DE UM ORGANISMO DE SE MOVER POR SI PRÓPRIO • A bactéria pode se mover em uma direção por um período de tempo “CORRIDA” OU “NADO” • As corridas podem ser interrompidas por alterações periódicas “DESVIOS” • Os “desvios” são causados por uma inversão na rotação dos flagelos • 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 diverso TAXIA • Os estímulos pode ser do tipo: • Quimiotaxia (atraente e repelente) • Fototaxia • Flagelos • As bactérias que não possuem flagelos são chamadas de atríqueas • As bactérias podem ter flagelos distribuídos ao longo de todas a células, sendo denominadas de peritríqueas • As bactérias que apresentam um único flagelo em apenas um dos polos da células são chamadas de monotríqueo • As bactérias que apresentam um tufo de flagelos em uma extremidade da célula são chamadas de lofotríqueo • As bactérias que possuem flagelos em ambas as extremidades da célula são chamadas de anfitríqueo • Filamentos axiais • As espiroquetas são um grupo de bactérias que possuem estrutura e mobilidade exclusivas • As espiroquetas se movimentam por meio de filamentos axiais ou endoflagelos • Ex.: Treponema palidum • Fímbrias e pili • Muita bactérias possuem apêndices semelhantes a pelos que são mais curtos, retos e finos que os flagelos • São mais utilizados para a fixação e transferência de DNA • As fímbrias podem ocorrer nos polos da célula bacteriana ou podem estar homogeneamente distribuídas em toda a superfície da célula • As fímbrias têm uma tendência a se aderir umas às outras e às superfícieis • Não estão envolvidas na formação do biofilme • Os pili (pilus) normalmente são mais longos que as fímbrias e há apenas um ou dois por célula • Os pili estão envolvidos na mobilidade celular e transferência de material genético • Conjugação Parede celular • É uma estrutura complexa, semirrígida, responsável pela forma da célula • A parede celular circunda a membrana plasmática • Quase todos os procariotos possuem parede celular • A parede celular impede a ruptura da célula • Funciona como ancoragem para os flagelos • À medida que o volume de água da célula aumenta, a membrana plasmática e parede celular se estendem conforme necessário • Clinicamente, a parede celular aumenta a capacidade de um patógeno causar doença • A parede celular é o local de ação de alguns antibióticos • Parede celular • A parede celular é composta de uma rede macromolecular denominada peptideoglicana (conhecida como mureína) • A penicilina interfere com a ligação das peptideoglicanas pela pontes cruzadas peptídicas, enfraquecendo a estrutura da parede celular LISE CELULAR • A parede celular das bactérias gram-positivas apresenta muitas camadas de peptideoglicanas, ao contrário das gram-negativas, quem contêm apenas uma fina camada • Parede celular • Coloração de gram • O cristal violeta, corante primário, cora as células gram-positivas e gram-negativas de púrpura, pois penetra no citoplasma de ambas as células • Quando o lugol, solução de iodo (mordente) é aplicado, forma cristais com o corante que são muito grandes para escapar pela parede celular • A aplicação de álcool desidrata a peptideoglicana das células gram-positivas para torná-la mais impermeável ao cristal violeta-iodo • Nas gram-negativas, o álcool dissolve a membrana externa, deixando pequenos buracos na peptideoglicana, pelos quais o cristal violeta difunde-se • Como as bactérias gram-negativas ficam incolores após a lavagem com álcool, a adiçãode safranina (contracorante) torna as células cor de rosa • Ambas as células (gram-positivas e gram-negativas) absorvem a safranina, mas a coloração rosa dela é mascarada pelo corante roxo escuro previamente absorvido pelas células gram-positivas • Parede celular • As substâncias químicas que danificam a parede celular bacteriana ou interferem na sua síntese frequentemente não danificam as células de um hospedeiro animal • A síntese da parede celular é o alvo de algumas drogas antimicrobianas • Outra forma de danificar a parede celular é através da exposição à lisozima • Uma célula que teve sua parede celular destruída recebe a denominação de protoplasto • Estruturas internas à parede celular • Membrana plasmática • Citoplasma • Nucleóide • Ribossomos • Inclusões • Endosporos • Membrana plasmática (citoplasmática) • Reveste todo o citoplasma da célula • São menos rígidas do que a membrana dos eucariontes • A membrana de procariotos não têm esteróis, responsável pela resistência • A membrana plasmática consiste em uma camada dupla de fosfolipídeos (bicamada lipídica) MODELO DO MOSAICO FLUIDO • Serve como barreira seletiva para a célula (permeabilidade seletiva) • Alguns agentes antimicrobianos atuam sobre a membrana plasmática • O transporte de substâncias pela membrana plasmática pode dar de forma ativa ou passiva PROCESSO ATIVO PROCESSO PASSIVO • Membrana plasmática • Os processos passivos ocorrem sem gasto de energia e visa o equilíbrio entre os meios intra e extracelulares • Difusão simples • Difusão facilitada • Osmose • Membrana plasmática • Os processos ativos ocorrem com gasto de energia através da produção de ATP • Depende de proteínas transportadoras • Normalmente se dá contra o gradiente de concentração • Citoplasma • O citoplasma é espesso, aquoso, semitransparente e elástico • Seus principais componentes são uma área nuclear (contendo DNA), ribossomos e inclusões • O citoplasma de procariontes, ao contrário dos eucariontes, não possuem um citoesqueleto • Nucleóide • Normalmente contém uma única molécula longa e contínua de DNA, denominado cromossoma bacteriano • O cromossomo bacteriano não está envolvido por um envelope nuclear (membrana) e não inclui histonas • As bactérias frequentemente contêm pequenas moléculas de DNA de fita dupla circulares denominadas de plasmídeo • Ribossomos • Todas as células eucarióticas e procarióticas possuem ribossomos • São responsáveis pela síntese protéica • Cada ribossomo é formado por duas subunidades • Nos procariontes: 70s (30s e 50s) • Nos eucariontes: 80s (60s e 40s) • Vários antibióticos atuam inibindo a síntese proteica nos ribossomos procariotos • A célula bacteriana pode ser morta pelo antibiótico, enquanto a célula humana permanecer intacta Procariontes = 70s (30s e 50s) Eucariontes = 80s (40s e 60s) • Inclusões • Depósitos de reserva presentes no citoplasma de células procarióticas • As células podem acumular determinados nutrientes quando abundantes e usá-los quando escassos no ambiente • Endosporos • Quando os nutrientes essenciais se esgotam, certas bactérias gram-positivas formam células especializadas de “repouso”, denominadas endósporos ESPORULAÇÃO OU ESPOROGÊNESE • Os endósporos são células desidratadas altamente duráveis com paredes espessas • Quando liberados no ambiente, podem sobreviver a temperaturas extremas, falta de água e exposição a muitas substâncias tóxicas e radiação • Os endosporos podem permanecer dormentes por milhares de anos, até que se as condições ambientais permitirem, retorna a seu estado vegetativo GERMINAÇÃO • Os endosporos são resistentes a processos que normalmente matam células vegetativas • Para que os micro-organismos possam sobreviver, é necessário a realização de inúmeras reações químicas • A soma de todas as reações químicas dentro de um organismo vivo recebe a denominação de METABOLISMO • O metabolismo pode ser visto com um ato de balanceamento de energia • As reações químicas podem ser divididas entre reações que liberam energia e que requerem energia CATABOLISMO Reações químicas que liberam energia ANABOLISMO Reações químicas que requerem energia • Nas reações catabólicas (degradativas) ocorre a quebra de compostos orgânicos complexos em compostos mais simples • Em geral são reações hidrolíticas (consomem água) e exergônicas • As reações anabólicas (biossintéticas) estão envolvidas com a construção de moléculas orgânicas complexas a partir de moléculas mais simples • São reações de desidratação (liberam água) e endergônicos • São as reações responsáveis por produzir substâncias para o crescimento celular ENZIMAS • As reações químicas ocorrem quando ligações químicas são quebradas ou formadas • Para essas reações ocorrerem, átomos, íons ou moléculas devem Colidir TEORIA DE COLISÕES • Quanto mais velozes as partículas estiverem, maior é a probabilidade de que sua colisão provoque uma reação • Para que a reação ocorra é necessário uma energia de colisão mínima ENERGIA DE ATIVAÇÃO • A TAXA DE REAÇÃO é a frequência das colisões contendo energia suficiente para que a reação aconteça • Uma forma de aumenta a taxa de reação é elevar a temperatura, pressão ou concentração da substância • Nos sistemas vivos, as enzimas aumentam a taxa de reação sem elevar a temperatura • Algumas substâncias podem acelerar uma reação química sem que ela seja alterada CATALISADORES • Nas células vivas as ENZIMAS servem como catalisadores biológicos ENZIMAS • Como catalisadores as enzimas são específicas • Cada enzima atua em uma substância específica SUBSTRATO ENZIMAS • A capacidade da enzima de acelerar uma reação química sem elevar a temperatura é crucial para os seres vivos • O nome das enzimas em geral termina em –ase • Algumas enzimas consistem inteiramente de proteínas • A maioria das enzimas apresenta uma porção proteica chamada de APOENZIMA e um componente não proteico denominado COFATOR • Os principais cofatores são os íons de ferro, zinco, magnésio e cálcio • Se o cofator é uma molécula inorgânica, é chamado de COENZIMA • As apoenzimas são inativas sozinhas, devendo ser ativadas por cofatores • Juntos, a apoenzima e o cofator formam a HOLOENZIMA • Se o cofator for removido, a apoenzima não funcionará Diego ENZIMAS • As enzimas têm especificidade para substratos específicos SISTEMA DA CHAVE-FECHADURA • Alguns fatores influenciam a atividade de uma enzima Temperatura pH Concentração do substrato Presença ou ausência de inibidores • Temperatura • Temperatura ótima para a enzima • Desnaturação das proteínas • Modificação do sítio ativo • pH • pH ótimo • Desnaturação proteica • Concentração do substrato • A velocidade máxima é alcançada com alta concentração • Enzima saturada • Presença de inibidores • Inibição das enzimas • Inibidores competitivos (sítio ativo) • Inibidores não competitivos (sítio alostérico) FONTE DE ENERGIA • Quanto à fonte de energia, os organismos se classificam em: FOTOTRÓFICOS Luz como fonte primária de energia QUIMIOTRÓFICOS Dependem de reações de compostos orgânicos ou inorgânicos FONTE DE CARBONO• Quanto à fonte de carbono, os organismos se classificam em: AUTOTRÓFICOS Utilizam o CO2 Alimentação própria HETEROTRÓFICOS Depende de outros Genética é o estudo da hereditariedade A informação genética de uma célula é chamada de genoma O genoma de uma célula bacteriana inclui seu cromossomo e seu plasmídeo Os cromossomos contêm os genes Os genes são segmentos de DNA que codificam estruturas funcionais O genótipo de um organismo é a sua composição genética O fenótipo representa as propriedades reais expressas O fenótipo é a coleção de proteínas Nos MO a maioria das proteínas é enzimática ou estrutural CROMOSOMOS A bactéria tipicamente possui um único cromossomo circular O cromossomo ocupa cerce de 10% do volume celular CROMOSSOMOS SUPERNOVELADO RNA E SÍNTESE PROTEICA A partir de uma molécula de DNA ocorre a síntese de uma fita complementar de RNA TRANSCRIÇÃO Nas células bacterianas há três tipo de RNA RIBOSSÔMICO MENSAGEIRO TRANSPORTADOR RNA E SÍNTESE PROTEICA Durante a transcrição uma fita de RNAm é sintetizada O processo de transcrição depende da enzima RNA polimeraze O RNAm atua como um intermediário entre a forma de armazenamento permanente e a tradução A síntese proteica é denominada de tradução A linguagem de RNAm está em forma de códon Cada códon sintetiza um aminoácido específico RNA E SÍNTESE PROTEICA Existem 64 códons possíveis Mas, apenas 20 aminoácidos DEGENERAÇÃO DO CÓDIGO A degeneração permite certa alteração ou mutação do DNA Dos 64 códons, 61 são códons de iniciação (sense) e 3 são códons de terminação (nosense) Os códons de iniciação codificam os aminoácidos Os códons de terminação (códons de parada) não o fazem Os códons de terminação determinam o fim da síntese UAA UAG UGA RNA E SÍNTESE PROTEICA Os códons de RNAm são convertidos e proteínas pelo processo de tradução Os códons são “lidos” e o aminoácido apropriado é montado A tradução ocorre no ribossomo Cada molécula de RNAt possui um anticódon As funções do ribossomo são dirigir ordenadamente a ligação do RNAt ao códon e montar os aminoácidos em uma cadeia À medida que os aminoácidos corretos são alinhados, ligações peptídicas são formadas entre eles A tradução termina quando um dos três códons de terminação é alcançado na molécula de RNAm EXPRESSÃO GÊNICA A célula bacterina realiza uma grande quantidade de reações químicas A maioria dessas reações é catalisada por enzimas A síntese de proteína requer uma gasto excessivo de energia A célula conserva energia produzindo apenas as proteínas necessárias Muitos genes são constitutivos Esses genes codificam enzimas que a bactéria necessita em grandes quantidades A produção de outras enzimas é regulada de modo que estejam presentes somente quando necessário EXPRESSÃO GÊNICA Dois mecanismos de controle genético regulam a transcrição do RNAm e, consequentemente, a síntese de enzimas INDUÇÃO REPRESSÃO Esses mecanismos controlam a formação e quantidade de enzimas REPRESSÃO Mecanismo que diminui a síntese de enzimas É mediada por proteínas reguladoras PROTEÍNAS REPRESSORAS Essas proteínas bloqueiam a capacidade da RNA polimerase INDUÇÃO É o processo que ativa a transcrição através de uma substância chamada indutor As enzimas sintetizadas na presença de indutores são as enzimas indutíveis MUTAÇÃO Uma mutação é uma alteração na sequência de bases do DNA No caso de uma enzima, essa mutação pode gerar uma enzima inativa Essa alteração no genótipo pode ser desvantajosa ou até letal Por outro lado, essa mutação pode ser benéfica para a célula Muitas mutações simples são silenciosas O novo códon resultante pode produzir o mesmo aminoácido DEGENERAÇÃO DO CÓDIGO GENÉTICO A função da proteína codificada pode não ser alterada MUTAÇÃO O tipo mais comum de mutação é a substituição de base (mutação de ponto) Se a troca de base ocorrer dentro de um gene que codifica a proteína, o RNAm transcrito transportará uma base incorreta Essa mutação pode resultar no surgimento de um códon de parada Outra forma de alteração do DNA é a mutação de fases de leitura, onde um ou alguns pares de nucleotídeos são removidos ou inseridos no DNA Essa mutação altera a leitura durante a tradução Ocasionalmente, ocorrem mutações em que um número significativo de bases são inseridos MUTAÇÃO As mutações de base e as mutações de fase de leitura podem ocorrer Espontaneamente Essas mutações espontâneas aparentemente ocorrem na ausência de intervenção de agentes externos Os agentes no ambiente produzem mutações genéticas AGENTES MUTAGÊNICOS No mundo microbiano, certas mutações resultam em resistência a antibióticos ou patogenicidade alterada A taxa de mutação é a probabilidade de um gene sofrer mutação quando a célula se divide Os erros espontâneos na replicação do DNA ocorrem em taxas muito baixas A ocorrência de mutações espontâneas é crucial para a sobrevivência dos seres vivos MUTAÇÃO A maioria das mutações é nociva e provavelmente removida do pool genético quando a célula individualizada morre As mutações benéficas propiciam às células mutantes maior capacidade de sobrevivência Os mutagênicos aumentam a taxa espontânea de mutação TRANSFERÊNCIA GENÉTICA A recombinação gênica consiste na troca de genes entre duas moléculas de DNA A transferência gênica vertical ocorre quando os genes são passados de um organismo ao seus descendentes A transferência gênica horizontal é uma capacidade das bactérias de transferir seu material genético a outra bactéria da mesma geração TRANSFERÊNCIA GENÉTICA Durante o processo de transformação, o DNA de uma bactéria são transferidos de uma célula para outra É mais eficaz quando as células bacterianas (doadora e receptora) são intimamente relacionadas Se a célula receptora estiver em um estado fisiológico capaz de captar o DNA doador, é descrita como competente. A competência resulta em alterações na parede celular TRANSFORMAÇÃO GENÉTICA Outro mecanismo de transferência de material genético é a conjugação A conjugação é mediada através do plasmídeo Os genes do plasmídeo normalmente não são essenciais para o crescimento TRANSFORMAÇÃO GENÉTICA A conjugação difere da transformação em dois aspectos A conjugação requer o contato direto Na conjugação as células devem ser de tipos opostos de acasalamento Nas bactérias gram-negativas, a transferência ocorre através da pili TRANSFERÊNCIA GENÉTICA Um terceiro mecanismo de transferência genética é a transdução O DNA bacteriano de uma célula doadora é transferido para uma célula receptora através de um vírus BACTERIÓFAGOS