Anatomia funcional das células Procarióticas e eucarióticas

Prévia do material em texto

Anatomia funcional das células 
Procarióticas e eucarióticas 
Comparação do tamanho de vários procarióticos 
Componentes básicos 
• Ac. Nucleicos -> Material Genético 
• Proteínas -> Ribossomos 
• Lipídios -> Membrana plasmática 
• Carboidratos -> citosol 
 
Procariotos x Eucariotos 
- Eucariotos = núcleo verdadeiro 
- Procarioto = pré-núcleo 
 
Procariotos x Eucariotos 
- Eucariotos = núcleo verdadeiro 
- Procarioto = pré-núcleo 
 
Morfologia bacteriana 
• cocos: bactérias esféricas 
• espirilos: bactérias espiraladas 
• bacilos: forma de bastão 
• vibriões: forma de vírgula 
• espiroqueta: alongada e altamente 
contorcida 
 
 
• Muitas bactérias possuem flagelos 
(locomoção) 
 
Arranjos bacterianos tipo cocos 
Arranjos bacterianos tipo cocos 
Arranjos bacterianos tipo bacilos 
Tipos de arranjos bacterianos 
Tipos de arranjos bacterianos 
Tipos de arranjos bacterianos 
Tipos de arranjos bacterianos 
Arranjos bacterianos incomuns 
Estrutura celular procariótica 
RIBOSSOMOS PROCARIOTOS 
 
- Estruturas pequenas, mas complexas, com 
cerca de 20 a 30 nm de diâmetro; 
 
- Consistindo de duas subunidades de 
tamanhos desiguais, referentes à 
subunidades maior e menor. 
RIBOSSOMOS PROCARIOTOS 
 
- Uma subunidade é composta por um complexo 
formado por moléculas de RNA e proteínas; cada 
molécula contém pelo menos uma subunidade de RNA 
ribossômico (rRNA) e uma grande quantidade de 
proteínas ribossomais. 
Os ribossomos 
 
Região densa que comporta o único 
cromossomo bacteriano circular 
 
Não apresentam histonas nos cromossomos; 
 
Determina as características da célula e 
comanda suas atividades; 
 
Plasmídeos – elementos genéticos 
extracromossômicos (5 a 100 genes). 
Nucleóide ou Área Nuclear 
 
Apêndices bacterianos 
Flagelos 
 
Longos apêndices filamentosos que propelem 
as bactérias 
 
Taxia (deslocamento em direção a uma fonte 
atrativa) 
 
Posicionamento: 
• Monotríquio – um único flagelo; 
• Anfitríquio – flagelo em cada extremidade; 
• Lofotríquio – dois ou mai flagelos em um 
polo da célula; 
• Peritríquio – flagelos distribuídos por toda a 
célula. 
Movimentação dos flagelos 
Movimentação dos flagelos 
TAXIA 
QUIMIOTAXIA 
FOTOTAXIA - Luz 
AEROTAXIA - Oxigênio 
OSMOTAXIA - Concentração 
MAGNETOTAXIA - Magnetismo 
Estrutura de um flagelo procarioto 
Apêndices semelhantes a pêlos mais curtos e 
finos que os flagelos 
Usados para fixação em vez de motilidade 
Podem ocorrer nos pólos celulares ou 
distribuição homogênea na superfície celular 
Algumas unidades a centenas por célula; 
Permite adesão a superfícies (biofilmes) 
Adesão a mucosas - Neisseria gonorrhoeae 
Fímbrias 
Fímbrias 
Adesão celular 
Resistência bacteriana à remoção por 
lavagem pelas fímbrias 
A bacteria Neisseria gonorrhoeae usa as fímbrias 
para aderir à mucosa uretral 
Reprodução bacteriana 
• As bactérias reproduzem-se principalmente de 
forma assexuada, por divisão binária, bipartição 
ou cissiparidade. 
• Quando o ambiente está favorável, isto é, as 
condições de sobrevivência são boas, ocorre a 
duplicação do material genético bacteriano e a 
divisão da célula em duas. 
• Isso permite que algumas bactérias se dividam 
a cada 10 minutos! 
Reprodução bacteriana: bipartição ou 
cissiparidade 
Duplicação do DNA 
Separação das células 
Parede celular 
Membrana 
plasmática 
Molécula de DNA 
Reprodução bacteriana: bipartição ou 
cissiparidade 
• Ocasionalmente as bactérias podem trocar 
material genético. Os processos envolvidos 
podem ser: 
 
- Transformação; 
- Transdução; 
- Conjugação. 
 
Recombinação gênica bacteriana 
• TRANSFORMAÇÃO 
 
Quando uma bactéria absorve e incorpora 
fragmentos de material genético do meio. Ao 
reproduzir-se a bactéria passa a enviar também 
esse material genético às células filhas. 
 
Recombinação gênica bacteriana 
• TRANSDUÇÃO 
 
Ocorre auxiliada pela ação viral. O vírus, ao 
multiplicar-se dentro de uma bactéria pode 
encapsular fragmentos de DNA bacteriano e 
introduzi-lo em outra bactéria. Ao reproduzir-se a 
bactéria passa a enviar também esse material 
genético para as células filhas. 
 
Recombinação gênica bacteriana 
Transdução bacteriana 
CONJUGAÇÃO 
Quando ocorre a união citoplasmática entre 
bactérias, através de canais (pontes). 
O DNA de uma bactéria é transferido à outra, que o 
incorpora. Ocorre com os plasmídeos (a bactéria 
portadora do plasmídeo transmite uma cópia à 
outra) 
Ex.: uma bactéria resistente a um antibiótico 
pode transmitir a resistência às demais 
bactérias. Ao reproduzir-se a bactéria passa a 
enviar também esse material genético para as 
células-filhas. 
 
Recombinação gênica bacteriana 
Eletromicrografia de Escherichia coli com um 
pilus de conjugação 
 
Apêndices semelhantes a pêlos mais longos 
que as fímbrias 
Apenas um ou dois por célula; 
Unem duas bactérias na preparação para 
transferência de DNA entre células 
bacterianas (conjugação). 
 
Pilus (singular) / Pili (plural) 
Esquema de uma 
célula procariótica 
• Fragmentos de DNA autoreplicantes, circulares 
e que contém genes; 
 
• Transportam o gene para outras células, 
adquirindo novas capacidades especializadas e 
permitindo a sobrevivências de micro-
organismos em ambientes diversos e 
desafiadores; 
Plasmídeos 
 
Glicocálice 
 
Polímero viscoso e gelatinosos secretado 
pelas bactérias externamente à parede 
celular, de natureza polissacarídica ou 
protéica que circunda a célula; 
 
Variação na espessura e flexibilidade: 
Cápsula – quando a substância está bem 
organizada e aderida à parede celular; 
 
Camada viscosa ou Mucosa – substância não 
organizada e fracamente aderida à parede 
celular; 
 
 
 
 
• Não é uma estrutura essencial para as 
bactérias, mas desempenha vária funções: 
• - Contra a desidratação; 
• - Reservatório de água e nutrientes; 
• - Papel na aderência a hospedeiros (cepas 
patogênicas) 
• - Impede a fagocitose 
Ex.: Streptococcus pneumoniae causa 
pneumonia quando as células estão 
protegidas por uma cápsula 
 
Filamentos Axiais 
• Feixes de fibrilas que se originam nas 
extremidades das células, sob uma bainha 
externa e fazem uma espiral em torno da 
célula; 
 
• Estrutura exclusiva das espiroquetas; 
 Ex: Treponema pallidum causadora da 
sífilis. 
 
PAREDE CELULAR 
BACTERIANA 
PAREDE CELULAR BACTERIANA 
 
 
Estrutura complexa, semi-rígida, responsável 
pela forma da célula 
 
Protege Membrana Plasmática; 
 
Confere rigidez, mantém a forma da célula e 
previne contra a ruptura devido à pressão de 
turgor citoplasmático (até 2 atm); 
 
Ponto de ancoragem de flagelos; 
 
 
PAREDE CELULAR BACTERIANA 
 
Contribui para a capacidade de algumas 
espécies causarem doença 
 
Sítio de ação de alguns antibióticos 
(penicilinas); 
 
A composição química da parede é usada para 
diferenciar os principais tipos de bactérias 
 
 Diferença na constituição entre Gram-positivos 
e Gram-negativos. 
Penicilina 
Cefalosporina 
β-lactâmicos 
 
 
 
• Mais ativo contra as gram-positivas e posteriormente em 
formas semi-sintéticas e sintéticas contra as gram-
ngativas; 
Existem vários mecanismos diferentes que podem explicara 
resistência das bactérias aos antibióticos, como: 
 
• destruição ou inativação da droga, pela destruição do anel β-
lactâmico, pela enzima β-lactamase ou penicilinase produzida pela 
bactéria. 
• incapacidade do antibiótico de penetrar na superfície das células 
bacterianas. 
• alteração dos sítios-alvo das drogas, como a troca de um 
aminoácido. A bactéria pode possuir uma via bioquímica alternativa 
que desvia a reação particular que é inibida pelo antibiótico da 
célula. 
• Efluxo rápido: ejeta a droga para fora antes que possa se tornar 
efetiva. 
 
Composição e características 
 
Composta por uma rede macromolecular 
denominada peptideoglicana (mureína); 
 
Peptideoglicano = longo filamento formado por 
um dissacarídeo repetitivo, unido por peptídeos 
Composição e características 
 
A porção dissacarídica (N-acetilglicosamina – NAG 
– e N-acetilmurâmico – NAM) repetitiva é unida 
por peptídeos. 
 
Moléculas alternadas de NAG e NAM formam 
sequências de 10 a 65 monossacarídeos 
 
As filas de açúcares (porção glicana) são ligadas 
por peptídeos (com aminoácidos nas formas D e L). 
 
Os componentes se associam e formam o 
peptídeoglicano. 
 
Paredes celulares bacterianas 
Parede celular: método de Gram 
Bactéria gram-positiva 
Esquema de bactéria com 
parte da célula removida. 
Membrana plasmática 
Parede celular 
formada por camada 
espessa de 
peptidoglicano 
Esquema de parte da parede celular e da membrana 
plasmática de bactéria gram-positiva. 
Parede celular: método de Gram 
Esquema de bactéria com 
parte da célula removida. 
Esquema de parte da parede celular e da 
membrana plasmática de bactéria gram-negativa. 
Membrana plasmática 
Camada de peptidoglicano 
Bactéria gram-negativa 
Lipopolissacarídeo 
Fosfolipídios 
Proteína 
Lipoproteínas 
Camada lipoprotéica 
externa, espessa, 
semelhante à membrana 
plasmática, com 
lipopolissacarídeos 
P
a
re
d
e 
ce
lu
la
r
 
PBP – penicilin binding protein 
1945 = Fleming, 
Howard Florey e 
Ernst Chain 
 
Premio Nobel - 
Medicina 
• PAREDE DE BACTÉRIAS GRAM-POSITIVAS 
 
90% da parede corresponde à rede de 
peptideoglicano; 
Sensibilidade à penicilina; 
Presença de ácidos teicóicos = polímero 
formado por um álcool e um fosfato. Podem ser 
divididos em: 
• Ácido lipoteicóico – atravessa a camada de 
peptideoglicano e está ligado à membrana; 
• Ácido teicóico de parede – ligado ao 
peptideoglicano. 
 
Os ácidos teicóicos são negativamente 
carregados. Podem ligar e regular o fluxo de 
cátions (íons positivos) para dentro e fora da 
célula; 
 
Impedem a ruptura da parede; 
 
Tem especificidade antigênica 
(reconhecimento específico para identificação 
em laboratório). 
UNIDADE BÁSICA DO ÁCIDO TEICÓICO 
Estrutura geral da parede celular de gram-positivos 
• PAREDE DE BACTÉRIAS GRAM-NEGATIVAS 
 
10% da parede corresponde à rede de 
peptideoglicano; 
Presença de uma membrana externa = 
lipopolissacarídeos (LPS) + lipoproteínas + 
fosfolipídios; 
Peptideoglicano ligado a lipoproteínas e 
localizado no espaço periplasmático – fluído 
gel, entre a membrana externa e a MP; 
Funções da Membrana externa: 
 
• Protege contra a fagocitose (lise celular) e ação 
complemento – defesa do hospedeiro; 
 
• Barreira para certos antibióticos (ex: penicilina), 
enzimas digestivas, metais pesados e 
determinados corantes 
NÃO apresenta ácidos teicóicos; 
 
NÃO apresenta elevada sensibilidade à 
penicilina; 
 
Apresenta proteínas (PORINAS) para o fluxo 
de nutrientes: nucleotídeos, dissacarídeos, 
aminoácidos... 
 
LIPOPOLISSACARÍDEO OU LPS 
LPS de Salmonella 
 Polissacarídeo O - responsável pela diferenciação 
de espécies gram-negativas; 
 
 Lipídeo A – porção lipídica do LPS, endotoxina, 
ligado a febre, dilatação de vasos, choque se formação 
de coágulos sanguíneos. 
Estrutura geral da parede de bactérias gram-negativas 
Resistência enzimática à penicilina 
DOENÇAS CAUSADAS POR 
BACTÉRIAS GRAM + E - 
LEPRA - Ulcerações na pele 
Mycobacterium leprae (gram positiva) 
 
Tétano  Clostridium tetani. (gram 
+) 
Botulismo 
Clostridium botulinium. (gram +) 
Principais Bacterioses 
• Coqueluche  Bordetella pertussis. (gram negativa) 
• Difteria ou Crupe  Corynebacterium diphteriae. (gram 
positiva) 
• Tétano  Clostridium tetani. (gram positiva) 
• Febre tifóide  Salmonella typhi. (gram negativa) 
• Sífilis  Treponema pallidum. (gram negativa) 
• Hanseníase ou Lepra  Mycobacterium leprae. (gram positiva) 
• Gastrites  Helicobacter pylori. (gram negativa) 
• Febre Maculosa  Rickettsia rickettsii 
• Disenteria bacilar  Shigella sp. (gram negativa) 
• Gastroenterites  Salmonella sp. (gram negativa) 
Principais Bacterioses 
• Tuberculose  Mycobacterium tuberculosis. (gram 
positiva) 
• Meningite  Neisseria meningitidis. (gram negativa) 
• Gonorréia  Neisseria gonorrheae. (gram negativa) 
• Cólera  Vibrio cholerae. (gram negativa) 
• Leptospirose  Leptospira enterrogans. (gram negativa) 
• Antraz  Bacillus anthracis. (gram positiva) 
• Botulismo  Clostridium botulinium. (gram positiva) 
• Peste Bubônica  Yersinia pestis. (gram positiva) 
• Pneumonia  Streptococcus pneumoniae. (gram positiva) 
  Diplococcus pneumoniae 
Técnica de coloração simples 
Coloração diferencial 
Coloração de Gram 
Coloração de Gram 
PAREDES CELULARES ATÍPICAS 
 
Algumas apresentam pouco ou nenhum material 
de parede; 
 
Mycoplasma – menores bactérias conhecidas 
que podem crescer fora de células vivas de 
hospedeiros; Não possuem parede celular. 
 
Micobactérias – Parede muito complexa. 
 
Archaea – Parede celular formada pelo polímero 
chamado “pseudopeptideoglicana”; 
 
Estrutura da parede de Micobactérias 
 
Paredes celulares de Archaea 
 
 Formada por repetições de dois açúcares 
 Não apresentam o monossacarídeo NAM (N-
acetilmurâmico). Ao invés desse açúcar, 
encontram-se o NAG e o NAT (N-acetil – 
talosaminurônico) 
 São insensíveis às lisozimas (ligação glicosídica 
diferente) 
 Assim, são chamados de 
PSEUDOPEPTIDEOGLICANO 
Parede celular de Archaea 
• Não apresentam os 
monossacarídeos 
NAG e NAM 
PSEUDOPEPTIDEOGLICANO 
NAT = N-acetil talosaminurônico 
NAG – NAT 
NAG – NAM 
Danos à parede celular 
 
Lisozima – ação principal contra Gram-positivas; 
Quebram as ligações glicosídicas entre NAG e 
NAM 
 
APÓS TRATAMENTO COM LISOZIMA: 
 Gram-Positivas sem parede – protoplasto; 
 Gram-Negativas sem parede – esferoplasto; 
Protoplastos 
ENDOSPOROS 
• Quando os nutrientes essenciais se esgotam, 
certas bactérias gram-positivas formam células 
especializadas de “repouso”, denominadas 
endosporos ou esporos bacterianos. 
 
• Ex.: Gêneros Clostridium e Bacillus 
Formação de endósporo 
Clostridium 
botulinum 
Bacillus anthracis 
Célula sem 
endósporo 
Célula com 
endósporo 
Esporulação bacteriana 
INCLUSÕES 
Depósitos de reserva. A célula acumula nutrientes e 
quando estes são escassos, a célula os utiliza. 
• Grânulos polissacarídicos 
• Inclusões lipídicas 
• Grânulos de enxofre 
• Vesículas de gás 
• Grânulos Metacromáticos – reserva de fosfato 
inorgânico 
• Magnetossomos – inclusões de óxido férrico 
(Fe3O4) 
Corpos de inclusão de lipídeos 
VESÍCULAS DE GÁS PARA FLUTUAÇÃO 
Domínio Archaea 
São procariotos (semelhantesàs bactérias) 
Quando possuem parede celular, esta não é 
formada de peptídeoglicana 
Divididas em três grupos principais: 
•Metanogênicas – eliminam metano na sua 
respiração 
•Halofílicos extremos – vivem em ambientes 
altamente salinos 
•Termofílicos extremos – vivem em águas 
quentes e sulfurosas 
Methylosinus Trichosporium 
Pyrococcus furiosus 
Lago Hillier - Austrália 
Dunadiella salina 
 
 
 
 
Membranas 
Estrutura da bicamada lipídica da 
membrana 
Micrografia eletrônica de membranas fotossíntéticas de 
Halorhodospira halochloris sobrepostas ( espessura da membrana 
8 nm). 
Estrutura da membrana citoplasmática 
 
Funções 
• Permeabilidade seletiva – algumas substâncias 
entram, mas outras são impedidas; 
 
• Digestão de nutrientes e produção de energia – 
através de enzimas que degradam nutrientes e 
produzem ATP; 
 
• Algumas bactérias possuem pigmentos e 
enzimas envolvidos na fotossíntese – 
cromatóforos ou tilacóides; 
Agentes que moderam a solidez/fluidez das 
membranas 
 
 Grau de fluidez depende da composição lipídica e da 
temperatura. 
 
 
 Temperaturas baixas: ocorre pouca movimentação 
lipídica - bicamada quase cristalina. 
 
 Acima de uma certa temperatura, os lipídios podem se 
movimentar. 
 
 Temperatura de transição: mudanças de sólido para 
fluido. 
 Ácidos graxos saturados: se acomodam bem no 
estado paracristalino. 
 
 Ácidos graxos insaturados: previnem a solidificação 
(devidos as dobras das ligações). 
 
 Esteróis - presentes apenas em metanotróficas e 
micoplasmas; em eucariotos os esteróis servem para 
estabilizar a membrana); 
 
 Hopanóides – função similar aos esteróis em 
procariotos. Não descrito em Archaea. 
 
 Ex: baixas temperaturas – bactérias sintetizam mais 
ácidos graxos insaturados do que quando cultivadas 
em altas temperaturas. Mantendo o mesmo grau de 
fluidez da membrana. 
Membranas de Archaea 
 
Os lipídios das Archaea apresentam ligações éter 
entre o glicerol e suas cadeias hidrofóbicas. 
 
Não possuem ácidos graxos. 
 
As cadeias laterais são compostas por unidades 
de isopreno. 
 
 Principais lipídios são o glicerol diéter e 
tetraéter. 
 
 São comuns a formação de monocamadas 
lipídicas, que são mais resistentes a rupturas. 
ARCHEA Ligação éster em 
lipídeos de 
Bacteria e Eukarya 
Ligação Éter 
em lipídeos de 
Archaea Domínio 
Archaea 
Isopreno ao 
invés de 
ácidos graxos 
Principais lipídeos encontrados 
em membranas de Archaea 
Estrutura de membranas de Archaea