MORFOLOGIA MICROBIANA

Prévia do material em texto

Aula 3: Morfologia microbiana
Morfologia das células
Essas perguntas são lançadas para que, no decorrer da aula, você possa associar os processos seletivos para evolução dos seres vivos.
Observe na figura quantas estruturas estão presentes em uma bactéria típica. Repare também que algumas dessas estruturas (presentes nas células humanas, como as mitocôndrias) estão ausentes.
Isso ocorre porque este modelo é uma versão mais simples de célula, embora todas as suas estruturas satisfaçam completamente as suas adaptações nos mais variados ambientes.
Os estudos com bactérias têm fornecido há décadas informações sobre controle da expressão gênica, além do potencial biotecnológico, geoquímico e de biorremediações.
Vamos conhecer suas características estruturais?
Forma celular
Existem alguns padrões típicos:
· Coco: Forma ovalada ou esférica.
· Bacilo: Mais achatada, parecendo um cilindro
· Espirilo: Mais comprida e torcida em um eixo central
Organização
Após se dividirem, muitas bactérias se mantêm organizadas em arranjos ou agrupamentos. Elas podem formar:
· Diplococos (duplas)
· Longas cadeias
· Cachos
Em alguns casos, esses agrupamentos podem apresentar uma forma geométrica, um cubo tridimensional composto de oito (Sarcina) ou quatro bactérias (Tétrade).
Morfologia de algumas bactérias patogênicas ao homem
Morfologia de algumas bactérias patogênicas ao homem. 
Existe alguma lógica por trás dessas formas celulares?
Sim. Suas diversas formas influenciam, por exemplo, na captura de nutrientes, no tipo de deslocamento etc.
Tamanho da célula: É da ordem de micrômetros.
1 micrômetro = 0,001 centímetro
As bactérias 2 apresentam de 0,2 a 700 micrômetros
Mas a forma influencia na captura de nutrientes?
Se pensarmos que uma célula pequena possui uma maior área superficial em relação ao seu volume interno, sim. Ela pode trocar muitos nutrientes pela superfície.
E, se capturam muitos nutrientes, bactérias pequenas podem crescer mais rápido. Elas se dividem mais e replicam mais vezes o seu DNA 3, podendo favorecer o aparecimento de mutações 4.
O DNA aparece em duas formas:
· Nucleoide: uma única molecula de DNA linear;
Plasmídeo: uma ou vearias cópias de DNA circulares.
A explicação para as mutações está no tipo de genoma das bactérias: o haploide (uma cópia dos seus genes). Nossas células são diploides. Por isso, houve nelas uma mutação que será passada adiante, fato muito vantajoso para a sua resistência e evolução
Membrana Citoplasmática
De aparência oleosa - e não fluida, como se pensava antes -, a membrana serve para garantir a barreira de permeabilidade e ancorar muitas proteínas de transporte e reações enzimáticas.
Dentro da membrana celular (citoplasma) 
Toda membrana citoplasmática é uma estrutura delgada com características:
· Hidrofílica: Dupla camada de fosfolipídios voltada para os meios internos e externos em contato com o solvente;
· Hidrofóbica: No interior da dupla camada, pela presença de ácidos graxos.
As moléculas pequenas e hidrofóbicas atravessam com facilidade a membrana por simples difusão, mas, se forem maiores e com carga (polares), elas precisarão do auxílio de proteínas transportadores. Essas proteínas são transmembrana: atravessam os dois lados da membrana para transportar íons e substâncias de várias maneiras (observe a figura).
Há três tipos de transporte:
1 Uniporte: Substância levada em um único sentido;
2 Antiporte: Duas moléculas ou íons levados em sentidos contrários;
3 Simporte: Íon e molécula transportados
Tipos de transporte na membrana citoplasmática. 
Exemplo
Como exemplo desses transportes, podemos citar:
· Dissacarídeo lactose é levado com íons H+ (simporte);
· Íons de cálcio (Ca2+) e sódio (Na+) atravessam em direções contrárias (antiporte);
· A água é transportada por proteínas aquaporinas, como a proteína AqpZ da bactéria Escherichia coli.
Célula procariota
A célula procariota exporta enzimas – chamadas de exoenzimas, como amilase e celulase - para produzir a glicose que será transportada pela célula. Em algumas bactérias patogênicas, como Salmonella, Shigella e Escherichia, existe um sistema de secreção que, em humanos, provoca a perda de eletrólitos, provocando infecções intestinais.
O citoplasma da célula procariota é formado por 80% de água, contendo íons, proteínas enzimáticas, lipídeos e carboidratos. Estão presentes nesse citoplasma ribossomos, DNA e corpos de inclusão ou grânulos.
Saiba mais
A membrana plasmática de procariotos possui uma enzima chamada de ATPase ou F1F0. Para os organismos que utilizam oxigênio (aeróbios), ela é o local de síntese de ATP e de manutenção de um potencial elétrico. Essa enzima é tão importante que sua estrutura é praticamente conservada em todos os domínios de vida no planeta. Nos organismos estritamente anaeróbios, que não crescem na presença de oxigênio, a ATPase mantém a força próton motiva, mas sem gerar ATP.
Observe na imagem que o flagelo está inserido em um local da membrana da bactéria por onde atravessam muitos íons H+.
Veja também que a estrutura da ATPase tem formação acoplada de moléculas de ATP para dar energia ao movimento.
Após observar essa estrutura, é possível saber qual parte surgiu posteriormente nos eucariotos, substituindo a membrana plasmática na síntese de ATP: a mitocôndria.
Agora, a endossimbiose estudada anteriormente faz todo o sentido, não é mesmo?
Membrana de procariotos com vários mecanismos de transporte e geração de ATP através da bomba próton motiva. 
Estrutura geral das bactérias
Glicocálice
Acima da parede celular, ancoram-se algumas estruturas externas com função de proteção, locomoção e troca de material genético, entre outras. Todas as bactérias apresentam uma camada viscosa externa à parede celular chamada de glicocálice. Ela é formada por um ou vários tipos de açúcar, além de aminoácidos como a glicina. Há dois tipos de camada:
	Dois exemplos de bactéria produtora de cápsula:
· Streptococcus mutans, responsável pela cárie;
· Streptococcus pneumoniae, bactéria responsável pela pneumonia.
1 Cápsula 5
Bem aderido à parede celular.
2 Camada limosa
Frouxamente associado à parede celular.
Cápsula da bactéria Acinetobacter calcoaceticus, integrante da microbiota intestinal
Micrografia eletrônica de Salmonella typhi, mostrando flagelos e as fimbrias mais curtas (ampliação 7,800 x)
Fímbrias e Pili
Ainda na superfície da célula bacteriana, há estas duas estruturas formadas por proteínas:
FÍMBRIAS: Estruturas mais longas, filamentosas, que possuem forte adesão a superfícies e auxiliam na fixação e formação do biofilme.
PILI: Mais longo e fino que as fímbrias, aparece em menor número. Sua principal função é trocar o DNA entre as bactérias durante a conjugação, mas serve também para auxiliar a bactéria a se arrastar pela superfície em movimentos pulsantes.
Flagelos
São estruturas formadas pela proteína flagelina, que funciona em movimentos como uma hélice de barco com gasto de energia.
Os flagelos 6 estão presos e ancorados na membrana citoplasmática em várias posições:
O movimento pode ocorrer por taxia, ou seja, ele é provocado pela presença de substâncias consideradas atrativas ou repelentes. Na ausência desse gradiente químico, a bactéria apresenta um movimento flagelar aleatório, mas, a partir do reconhecimento da substância, ela inicia movimentos mais amplos, menos oscilantes e direcionados. Se a concentração começar a diminuir, a bactéria lentamente interrompe o seu movimento e reorienta a sua direção. Esses movimentos são chamados de quimiotaxia.
A bactéria consegue monitorar o ambiente utilizando, na membrana plasmática, proteínas sensoriais denominadas MCP. Através delas, a bactéria percebe a presença de maltose (atrativo) e de metais pesados, como níquel (repelente). Os movimentos também podem ocorrer em resposta à presença de luz (fototaxia) e oxigênio (aerotaxia).
Grânulos
Onde ocorre o armazenamento de substâncias. Há reservatórios de carbono, ferro, enxofre, fosfato inorgânico, fosfolipídios e ácidos nucléicos que variam conforme o gênero e a espécie.
Magnetossomo
Algumas célulaso possuem. Magnetossomos funcionam como uma bússola respondendo a um campo magnético. Não se sabe ao certo como eles operam, mas uma hipótese é de que sejam responsáveis pela orientação das bactérias marinhas para os sedimentos no fundo do mar onde podem se alimentar.
Saiba mais
Em áreas impactadas por derrame de petróleo, aumenta muito a quantidade de bactérias no sedimento, pois elas se alimentam de hidrocarboneto. O planeta controla 7  seus desastres - e o nome disso é biorremediação.
Biofilme
É a associação de vários tipos de micro-organismos sobre uma superfície, como dentes, válvulas cardíacas e próteses anatômicas. Além de impedir o reconhecimento das células fagocitárias do nosso sistema de defesa, essa ecologia microbiana, no caso dos dentes, cria um ambiente propício para a formação da cárie.
Pela grande oferta de carboidratos, a atividade metabólica intensa dessas bactérias faz com que elas produzam muitos ácidos que desmineralizam a superfície do dente e ganhem acesso a tecidos mais profundos.
Endósporo
As bactérias em condições críticas para sobrevivência, como carência nutricional 8, levam à formação do endósporo 9 em um processo denominado esporulação.
A estrutura do endósporo é formada por:
· Externamente: Fina camada de proteínas;
· Internamente: Várias capas formadas por proteínas específicas do endósporo e um córtex contendo peptideoglicano.
O cerne contém, além da membrana citoplasmática, o citoplasma de aspecto gelatinoso com DNA, ribossomos e outros constituintes essenciais para a célula. Não possui água devido à presença de ácido picolínico e cálcio, importante para a manutenção da fase latente.
Parede Celular
Com o transporte de solutos para o interior da bactéria, a tendência seria um aumento na pressão interna, levando ao risco de rompimento. Para evitar que isso ocorra, as bactérias possuem uma estrutura rígida denominada parede celular. Localizada acima da membrana citoplasmática, ela é importante para manter o ambiente interno protegido de alterações do meio.
A parede celular é formada pelos polissacarídeos N-acetilglicosamina (NAG) e N-acetilmurâmico (NAM) dispostos em uma estrutura linear. Entre essas camadas, mantendo-as unidas, há peptídeos e tetrapeptídeos.
Saiba mais
A enzima lisozima produzida pelas glândulas lacrimais e salivares cliva a ligação entre o NAG e o NAM. Com isso, a bactéria não consegue manter intacta a sua estrutura, transformando-se em protoplasto.
Localizadas na membrana citoplasmática, as enzimas transpeptidases têm a importante função de organizar os peptídeos para as ligações cruzadas da parede celular. O antibiótico penicilina atua inibindo a enzima transpeptidase.
O autor dessa descoberta (Alexander Fleming) percebeu que não havia crescimento de bactérias se a cultura estivesse contaminada por bolor. Com a sua descoberta, começou a era dos antibióticos.
Micoplasmas
Patógenos que não possuem parede celular, substituindo-o por uma membrana citoplasmática bem rígida rica em esteróis.
A teoria para a ausência dessa parede é que esses micro-organismos naturalmente vivem em ambientes osmoticamente protetores.
Arqueas não possuem parede celular nem membrana externa: sua rigidez é substituída por uma pseudomureína, que é a união de N-acetilglicosamina e N-acetiltalosaminurônico.
Estrutura da célula de Mycoplasma. A bactéria é o agente causador de doenças sexualmente transmissíveis, pneumoniae, pneumonia atípica e outros distúrbios respiratórios. Não é afetado por muitos antibióticos. 
	Estrutura da célula de Mycoplasma. A bactéria é o agente causador de doenças sexualmente transmissíveis, pneumoniae, pneumonia atípica e outros distúrbios respiratórios. Não é afetado por muitos antibióticos.
Dependendo dos constituintes da parede celular, as bactérias são divididas em dois grupos: Gram 10-Negativas e Gram-positivas. Em contato com álcool, as bactérias não têm cor.
Gram-positivas
Acima, podemos ver o resultado da adição do corante Fucsina em bactérias Gram-positivas: coloração final roxa.
A parede celular pode apresentar aproximadamente 20 camadas (mais espessas que as poucas camadas de Gram-negativas). Além disso, elas também possuem ácidos teicóico e lipoteicóico ligados à membrana citoplasmática.
Estas bactérias podem ter diferentes organizações e formas:
Gram-negativas
Nas bactérias Gram-negativas, o vermelho é a coloração final após adição do corante Fucsina.
Na parede celular, está presente o ácido diaminopimélico. Além disso, ele possui uma membrana externa acima dos peptidoglicanos. Na figura abaixo, repare no LPS (lipopolissacarídeo) 11, considerado uma das toxinas mais agressivas para o homem.
Também podemos observar a existência de um espaço delimitado entre as membranas citoplasmática e externa. Ele possui muitas enzimas hidrolíticas que transformam os nutrientes para serem transportados. O espaço periplásmico também tem quimiorreceptores para orientar o deslocamento da bactéria até onde haja a maior concentração do alimento que ele desejar.
Estrutura da parede celular de bactérias Gram-negativas.
Corte de uma bactéria Gram-negativa mostrando peptídoglicano (PG), membrana externa (OM) e membrana interna (IM). 
Estas bactérias apresentam diferentes organizações e formas:
A morfologia do vírus
Na verdade, ela é denominada vírion, que é partícula infecciosa viral. Os vírus estão em todos os ambientes do planeta e em todos os seres vivos, inclusive em bactérias. Em procariotos, eles auxiliam na transferência de genes, embora participem também da manutenção do ciclo de matéria nos oceanos.
Como definimos os vírus? Parasitas intracelulares?
A resposta é sim. No entanto, devemos ter cuidado, pois também existem bactérias intracelulares, como Chlamydia e Ricketsia.
Vírus são definidos como estruturas subcelulares, de replicação intracelular, cuja função básica é a replicação e amplificação do seu genoma. Podemos, assim, diferenciá-los das bactérias.
Estrutura
Formada por uma superfície de proteínas em arranjos geométricos bem definidos chamados de capsômeros. O conjunto de capsômeros forma o capsídeo .
Na estrutura do capsídeo, são projetadas ainda as glicoproteínas especializadas no reconhecimento da célula hospedeira. Elas são chamadas de espículas.
O capsídeo envolve o material genético e algumas proteínas, a maioria delas enzimas utilizadas para iniciar a sua replicação na célula.
Alguns vírus possuem uma membrana fosfolipídica 14 sobre o capsídeo; por isso, eles são denominados vírus envelopados.
Estrutura 3D do vírus influenza, causador da gripe. As glicoproteínas azuis representam a hemaglutinina (HA); em verde, a neuraminidase (NA). O capsídeo em vermelho é formado pelas proteínas M1. O interior contém 8 fragmentos de RNA.
Classificação
De acordo com a morfologia viral, os vírus são classificados em:
Icosaedro: Lembra uma figura geométrica de 20 faces.
Helicoidal: Semelhante a um cilindro.
Complexos: Misto de helicoidal e icosaédrico, como o vírus da gripe.
A divisão na classificação dos vírus distribui-se em sete grupos de acordo com o genoma viral do tipo DNA ou RNA disposto em uma fita simples ou fita dupla de ácido nucléico.
Nas células humanas, não existem duas fitas de RNA. Por isso, quando a célula detectar esse material genético, ela irá responder imediatamente para ativar a defesa imunológica.
Existem vários mecanismos de detecção de infecção viral. Um deles é a presença de proteínas estranhas a ela. As bactérias, por exemplo, possuem enzimas endonucleases que degradam ácidos nucléicos que lhe são estranhos. Isso significa que bactérias também estão se protegendo dos vírus.
Replicação
As etapas gerais de replicação do vírus começam com:
· Adsorção: reconhecimento do receptor celular;
· Penetração; 
· Desnudamento do capsídeo;
· Ativação das suas enzimas para começar a replicação;
· Replicação do genoma;
· Síntese de proteínas;
· Montagem do capsídeo para que ele possa sair. 
Cada vírus tem um ciclo de replicação específico. Alguns ciclos são mais rápidos do que outros, além de também serem diferentes quanto à sua penetração.Ciclo de replicação do HIV. Este vírus RNA será inserido no DNA da célula hospedeira. Para isso, ele transformará o RNA em DNA utilizando a enzima transcriptase reversa. 
Infecção
As infecções provocadas pelos vírus podem ser:
· Agudas (quadro clínico mais rápido. Exemplos: dengue, chikungunya e zika);
· Crônicas (quando o vírus se replica continuamente, como nas hepatites B e C);
· Latente (quando a crise vem e passa, como na infecção por herpes).
Atenção
Alguns vírus podem ser responsáveis por tumores, como alguns tipos de HPV.
Essa visão geral dos vírus nos ajuda a entender que eles são mais complexos do que imaginamos e que estão ativamente em processo de evolução. Convido você a ler um pouco mais sobre os vírus marinhos para entender que eles não existem somente para nos provocar doenças.