Aula - Arqueas

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ARQUEOBACTÉRIAS
Prof. Dr. Hélio
FILOGENIA DOS SERES VIVOS VISÃO GERAL
� Árvore Filogenética Universal 
� Classificadas como bactérias até a década de 70
� 3 domínios principais do seres vivos 
Carl Woese
� O domínio procarioto engloba: 
� As Archaeas são microrganismos capazes de viver confortavelmente em 
condições extremas:
ARQUEOBACTÉRIAS
- pH 
- Temperatura
-Bactérias 
-Archaeas
- carioteca, organelas, mitocôndrias, centríolo...
� Nas Archaeas os sistemas de sobrevivência encontram-se em máxima atividade.
- Temperatura
- Salinidade
- Ausência ou excesso de micro e/ou macronutrientes
� composição de membrana
� composição variada da parede 
celular
Estrutura celular das Archaea
� Esféricas, bacilares, espiraladas, achatadas,
quadradas, discóides e muitas vezes de
morfologia irregular ou pleomórficas.
� Morfologia
� Dimensões � São extremamente variáveis, de 0,1 a 15 µm,
com alguns filamentosos atingindo 200 µm.
� Apresentam várias características
especiais, que permitem seu
desenvolvimento em uma vasta
celular
� presença de proteínas tipo 
histonas, íntrons
� mecanismos de splicing, entre 
outros.
especiais, que permitem seu
desenvolvimento em uma vasta
gama de ambientes.
ARQUEOBACTÉRIAS
� Resistente a temperatura e salinidade
� Forma achatada!!!!
� Comparação de tamanhos: hemácia? E. coli? levedura?
Árvore filogenética detalhada de Archaea
Diferentes composições de parede celular presentes em archaea.
Micrografias eletrônicas de transmissão de seções 
finas de Archaea metanogênicas 
Methanobrevibacter ruminantium Methanosarcina barkeri
� Espessa parede celular 
� Segmentação celular e formação de parede tranversal 
� Tamanho: 1,7µm
Morfologia de ArchaeasMorfologia de Archaeas
Thermoplasma
osmótico 
(s/ parede) Baixo pH
Alta 
temperatura
Para sobreviver...
Thermoplasma
� Membrana lipídica de monocamada tetraéter, contendo monose e glicose 
� Membrana contém glicoproteínas, sendo desprovida de esteróis.
Thermoplasma
Membrana de estrutura singular – lipoglicano
(composto semelhante a lipopolissacarídeo).
Porque uma alta [ ] de sal é incompatível com a vida de bactérias normais?
Espécies de Thermoplasma
Thermoplasma acidophilum Thermoplasma volcanium
(isolado de fontes termais)
� Thermoplasma e Ferroplasma são desprovidos de parede celulares –
assemelham-se aos Micoplasmas.
� Ferroplasma é um forte acidófilo, contudo não é termofílico - (35°c).
Típica pilha de refugo de carvão autoaquecida, 
um hábitat de Thermoplasma .
� Thermoplasma é um quimiorganotrófico (55°c e pH=2)
� 2 espécies: Thermoplasma acidophilum e Thermoplasma vulcanium
� São aeróbias facultativa
� Hábitat da archaea Thermoplasma.
� Fonte termal rica em enxofre 
� Hábitat contendo densas populações de Sulfolobus
� Típica fonte fervente de pH neutro
� Fonte geotermal ácida rica em ferro 
� Outro habitat de Sulfolobus
Hábitats hipersalinos de Archaea halofílicas
� Vista aérea Bahia de São Francisco, Califórnia 
� Lagoas de evaporação de água do mar 
Hábitats hipersalinos de Archaea halofílicas
� Lago Hamara, Egito (hipersalino, rico em carbonato de sódio)
� pH=10.
� Habitado por archaea halófilas extremas, tais como Halobacterium
salinarum.
� A coloração vermelha é decorrente da presença de pigmentos carotenóides,
presentes nestes organismos.
Hábitats hipersalinos de Archaea halofílicas
� Micrografia eletrônica de varredura de bactérias halofílicas 
� Bactérias quadradas, presentes em uma salina na Espanha
SulfolobusSulfolobus
Hipertermófilos de hábitats vulcânicos terrestres
Principais gêneros
Sulfolobus
Acidianus
Thermoproteus
Pyrobaculum
Sulfolobus
Acidianus
Thermoproteus
Pyrobaculum
PyrodictiumPyrodictium
Hipertermófilos de hábitats vulcânicos submarinos
Principais gêneros
Pyrodictium
Pyrolobus
Ignicoccus
Staphylothermus
Pyrodictium
Pyrolobus
Ignicoccus
Staphylothermus
� Morada das mais termófilicas dentre todas as Archaea
� Hábitats: Fontes termais de águas rasas (fendas hidrotermais de águas profundas)
Extremos de temperatura e pressãoExtremos de temperatura e pressão
Fenda hidrotermal -
Archaea Methanococcus
- 2.600 metros, 
Fenda hidrotermal -
Archaea Methanococcus
- 2.600 metros, 
Archaea Methanococcus
jannaschii - 2.600 metros, 
a mais de 100ºC, sob 
pressão elevadíssima.
Archaea Methanococcus
jannaschii - 2.600 metros, 
a mais de 100ºC, sob 
pressão elevadíssima.
ArchaeaArchaea em oceanosem oceanos
PlanctonPlancton
ArchaeaArchaea em oceanosem oceanos
PlanctonPlancton
Comparação de 
profundidade de profundidade de 
bactérias e Archeaes 
em termos numéricos
Archaea hipertermofílica 
acidofílica
Acidianus infernus
Sulfolobus acidocaldarius
Archaea hipertermofílica bacilares
(a)Thermoproteus neutrophilus 
(b)Thermofilum librum 
(c) Pyrobaculum aerophilum
Procariotos termofílicos e hipertermofílicos
Aplicação Industrial !!!
� Espécies que foram recorde em relação a temperaturas mais elevadas para 
crescimento.
ARQUEOBACTÉRIAS
�Como se manter em ambientes hostis
reproduzindo –se com o mesmo entusiasmo? Ex:
água a 110°c (em ebulição!!!)
�Que estruturas se diferenciam para permitir�Que estruturas se diferenciam para permitir
tamanha capacidade?
�Como manter esta estrutura resistente a
extremos se a nível atômico são todos iguais?
PARA CONVIVER EM AMBIENTES EXTREMOS TIVERAM 
QUE PROMOVER Adaptações para ambientes extremos
PARA CONVIVER EM AMBIENTES EXTREMOS TIVERAM 
QUE PROMOVER Adaptações para ambientes extremos
Ácidos nucléicos Membrana
Proteínas Citoplasma
Parede
�Suspeita-se que tamanha resistência tem a ver com a
presença de proteínas em torno dos genes.
�Experimentos em tubos de ensaio mostram que a presença
de proteínas faz qualquer célula suportar 30 graus além
do habitual.
�Outro aspecto importante diz respeito a forma como os
ARQUEOBACTÉRIAS
�Outro aspecto importante diz respeito a forma como os
genes se dispõem, formando cromossomos que se
enroscam várias vezes em estruturas entrelaçadas.
�Quando o mistério for desvendado, a Engenharia
Genética poderá ter uma nova receita para criar espécies
mais fortes.
Nas relações tintoriais as Archaeas
podem aparecer…
G+
G-
Gvariável
Proteínas do Citosol
- Proteínas da parede celular
- Maior resitência.
Albers et al. Nature Reviews Microbiology advance online publication;
published online 06 June 2006 | doi:10.1038/nrmicro1440
� Variedade de disposição de 
proteínas 
a) Cell envelope of Sulfolobus solfataricus showing the cytoplasmic membrane, with membrane-
spanning tetraether lipids and an S-layer composed of two proteins — a surface-covering protein (red 
oval) and a membrane-anchoring protein (yellow oblong). b) Cell envelope of an archaeon that stains 
positive with the Gram stain and that contains a pseudomurein layer in addition to the S-layer. The 
cytoplasmic membrane is composed of diether lipids.
� Modelo de Singer e Nicholson também é válido para as Archeaes
� O arcabouço é muito parecido com a de células evoluídas
� Presença de anéis de ciclopentano (Alto ponto de fusão) 
� OBS: No Mycobacterium tuberculosis (MTB) são anéis de ciclopropano
Diferenças na membrana citoplasmáticaDiferenças na membrana citoplasmática
Diferenças na membrana citoplasmáticaDiferenças na membrana citoplasmática
Ácido carboxílico
álcool
Apresentam nos seus lipídeos
álcool
� Fará toda a diferença em relação as condições de temperatura, acidez e
pressão porque o 1° contato é com a membrana e que 1° sai são os lipídeos.
Diferenças na membrana citoplasmáticaDiferenças na membrana citoplasmática� CICLOPENTANO confere maior resistência a temperatura
� ÉTER confere maior resistência a acidez
Diferenças na membrana citoplasmáticaDiferenças na membrana citoplasmática
ESTRUTURA 
DOS LIPÍDEOS 
DE MEMBRANAS 
- cabeça éter e corpo 
ramificado...
Valentine, D.L. (2007) Nature 
Rev. Microbiol., 5:316-323.
Valentine, D.L. (2007) Nature 
Rev. Microbiol., 5:316-323. Ácido não entra e aqui entra 
ramificado...
Estruturas de superfície em Archaea
Flagelos
� Grande quantidade de chaperonas e chaperoninas
Locomoção e adesão de Pirococus furiosusLocomoção e adesão de Pirococus furiosus
Näther, D.J.; Rachel, R.; Wanner, G.; Wirth, R. (2006) Flagella of Pyrococcus furiosus: multifunctional organelles, 
made for swimming, adhesion to various surfaces, and cell-cell contacts. J. Bacteriol., 188:6915-6923.
BiofilmesBiofilmes
formam biofilmes
VírusVírus de de ArchaeaArchaea
ARQUEOBACTÉRIAS
ARQUEOBACTÉRIAS
“O sábio não se aflige por não ser conhecido dos homens; 
ele aflige-se por não conhecê-los”.
Confúcio, mestre, filósofo e teórico político Chinês do século V.