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Revisão Morfologia e Estrutura Bacteriana Material elaborado para aula teórica de monitoria da disciplina de Microbiologia Básica do curso de Biomedicina. Monitora: Michelle Kílvia Morfologia Bacteriana Como as bactérias são diferenciadas umas das outras? As bactérias de importância médica são caracterizadas morfologicamente por: TAMANHO FORMA ARRANJO Tamanho Célula de levedura (Eukarya) ~8μm de diâmetro Vírus Célula de Escherichia coli (Bactéria) ~ 1 x 3 μm de diâmetro Variam de: • 0,2 a 2μm de diâmetro • 2 a 8 μm de comprimento. Identifique as três formas básicas de bactérias de acordo com o esquema abaixo: Forma • Esfera: Cocos • Geralmente redondos; • Ovais, alongados ou achatados nas extremidades. • Bastão: Bacilos • Forma de bastão, podendo ser longos ou delgados, pequenos ou grossos, extremidade reta, ou arredondada. • Espiral • Vibriões: assemelham-se a bastões curvos. • Espirilos: forma helicoidal (saca-rolha), corpo rígido e se movem às custas de flagelos externos. • Espiroquetas: forma helicoidal, são flexíveis e locomovem-se provavelmente às custas de contrações do citoplasma. OBS: A forma de uma bactéria é determinada pela hereditariedade. Geneticamente, a maioria das bactérias é monomórfica; ou seja, mantém uma forma única. No entanto, várias condições ambientais podem alterar a sua forma. Se a forma é alterada, a identificação torna-se difícil. Além disso, algumas bactérias, como Rhizobium e Corynebacterium, são geneticamente pleomórficas, ou seja, elas podem apresentar muitas formas, não apenas uma. Arranjo - Cocos Diplococos Cocos agrupados aos pares Ex: Neisseria Estreptococos Cocos agrupados em cadeia Ex: Streptococcus Tétrades Agrupados de 4 cocos Sarcina 8 cocos agrupados em forma de cubo. Estafilococos Cocos em arranjos irregulares (cacho de uvas). Ex: Staphylococus Arranjo - Bacilos • Diplobacilos: se apresentam em pares após a divisão. • Estreptobacilos aparecem em cadeias. • Cocobacilos: são ovais e parecidos com os cocos. • Alguns bacilos possuem a aparência de “canudinhos”. Outros possuem extremidades cônicas, como charutos. Identifique as três formas básicas de bactérias de acordo com o esquema abaixo: De acordo com a figura abaixo, descreva como se dividem os seguintes arranjos: Os cocos são redondos e podem ser ovais e se dividem para se reproduzir. Os diplococos são os cocos que se dividem e permanecem em pares após a divisão. Os estreptococos se dividem e permanecem ligados em forma de cadeia. Os estafilococos são aqueles que se dividem em múltiplos planos e formam cachos. Qual alternativa não corresponde aos arranjos da forma Cocos de uma bactéria: Tétrades Estafilococos Cocobacilo Sarcinas Estrutura da célula bacteriana Em uma visão geral da estrutura procariótica, qual alternativa apresenta a resposta correta: a) As células procarióticas são células bastante complexas, é provida de carioteca onde é armazenado seu material genético e sua membrana celular é uma camada de peptideoglicanos. b) A presença das mitocôndrias nas células procarióticas tem grande importância como fonte de energia e os plasmídeos apresentam seu material genético. c) Os flagelos presentes nas células procariontes também estão presentes nas células eucariontes assim como o núcleo das células. d) Somente as células eucariontes apresentam estruturas externas, membrana celular completa. e) As células procarióticas apresentam uma variedade de estruturas externas, membrana celular envolvida pela parede celular composta por peptideoglicanos. Escreva o nome das estruturas presentes em uma célula procariótica nos locais indicados pela figura abaixo: Escreva o nome das estruturas presentes em uma célula procariótica nos locais indicados pela figura abaixo: Flagelo Inclusão Cápsula Parede Membrana Fímbrias Cápsula Ribossomos Citoplasma Parede Membrana Plasmídeo Nucleoide Componentes da célula bacteriana Estruturas Internas Parede celular Estruturas Externas Estruturas EXTERNAS à parede celular Glicocálice Flagelos Filamentos axiais Fímbrias Pili A cápsula reveste toda célula procariótica, do que ela é formada e qual sua função? Glicocálice • “Revestimento de açúcar” - substâncias que envolvem as células; • É um polímero viscoso e gelatinoso externo à parede celular; • polissacarídeo, polipeptídeo ou ambos; • varia amplamente entre as espécies. • Produzido dentro da célula e secretado para a superfície celular; • Componente importante dos biofilmes; • SPE – substância polimérica extracelular • Cápsula - substância organizada e firmemente aderida à parede; • Camada limosa - substância não organizada e fracamente aderida à parede. • Função: • Virulência bacteriana (medida do grau em que um patógeno causa doença); • Proteção contra a fagocitose; • Proteção contra a desidratação, e sua viscosidade pode inibir o movimento dos nutrientes para fora da célula; • Ex: Streptococcus pneumoniae, causa pneumonia apenas quando as células encontram-se protegidas por uma cápsula polissacarídica. • Ex: A cápsula polissacarídica de Klebsiella previne a fagocitose e permite a adesão e a colonização da bactéria ao trato respiratório. • Ex: Streptococcus mutans, causa cáries dentárias, adere- se à superfície dos dentes através do glicocálice. A cápsula reveste toda célula procariótica, do que ela é formada e qual sua função? Localização: externa a parede celular. Composição: polímeros orgânicos (polissacarídeos, Glicoproteínas). Função: proteção à célula em condições externas desfavoráveis e à fagocitose, virulência, adesão, etc. Além de servir como proteção para as células procarióticas, a cápsula possui algum outro benefício? • SIM • A cápsula tem ainda por benefício ser um reservatório de nutrientes que são necessários para a sobrevivência da célula. Cite quais arranjos de flagelos existem. Flagelos • “Longos apêndices filamentosos que realizam a propulsão da bactéria”. • Atríquias: bactérias que não possuem flagelos (sem projeções). • Classificação: • Peritríquios (distribuídos ao longo de toda a célula) • Polares (em uma ou ambas as extremidades da célula) • monotríquios (um único flagelo em um polo da célula) • lofotríquios (um tufo de flagelos saindo de um polo da célula) • anfitríquios (flagelos em ambos os polos da célula). • Função: motilidade • Composição: • filamento, gancho e corpo basal Cite quais arranjos de flagelos existem. Peritríquio Monotríquio Lofotríquio Anfitríquio Identifique na figura abaixo a estrutura de um flagelo. Identifique na figura abaixo a estrutura de um flagelo. O que são os filamentos axiais? Filamentos axiais - endoflagelos • “Feixes de fibrilas que se originam nas extremidades das células, sob uma bainha externa, e fazem uma espiral em torno da célula.” • Estrutura similar à dos flagelos; • Função: motilidade • Espiroquetas – (estrutura e motilidade exclusivas) • Ex: Treponema pallidum, causador da sífilis. • Ex: Borrelia burgdorferi, causador da doença de Lyme. O que são os filamentos axiais? • Os filamentos axiais são um tipo de mobilidade exclusiva das espiroquetas. • Feixes de fibrilas que se originam nas extremidades das células. Para que servem as fímbrias? Fímbrias • “Apêndices semelhantes a pelos.” • São mais curtos, retos e finos que os flagelos; • Proteína (pilina). • Localização: • Polos da célula bacteriana; • Distribuídas em toda a superfície da célula. • Função: Adesão • umas às outras e às superfícies (biofilmes). • às superfícies epiteliais do corpo. • Ex: Neisseria gonorrhoeae, causador da gonorreia, auxiliam o micróbio na colonização das membranas mucosas. • Ex: E. coli O157 permitem a adesão ao revestimento do intestino delgado. Para que servem as fímbrias? • As fímbrias permitem à célula aderir as superfícies e quando fixas podem causar doenças. Qual das seguintes alternativas é falsa com relação àsfímbrias? a. São compostas de proteínas b. Podem ser utilizadas para adesão c. São encontradas em células gram-negativas d. São compostas de pilina e. Podem ser utilizadas para motilidade Qual a função do Pili? Pili • “Apêndices semelhantes a pelos.” • São mais longos que as fímbrias; • Apenas 1 ou 2 por célula; • Proteína (pilina). • Função: • agregação celular; • transferência de DNA; • motilidade celular: • motilidade pulsante: • Ex: Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae e em algumas linhagens de E. coli. • motilidade por deslizamento: • Ex: mixobactérias. • Conjugação: agregação das bactérias e facilitação da transferência de DNA entre elas. • chamados de pili de conjugação (sexuais). Qual a função do Pili? • Os pili estão envolvidos na motilidade celular (pulsante ou por deslizamento). • Alguns pili são utilizados para agregar as bactérias e facilitar a transferência de DNA entre elas, um processo chamado de conjugação. Parede Celular Responda às seguintes questões utilizando o diagrama abaixo, que representa secções cruzadas das paredes celulares bacterianas. Qual diagrama representa uma bactéria gram-positiva? Como você chegou a essa conclusão? Responda às seguintes questões utilizando o diagrama abaixo, que representa secções cruzadas das paredes celulares bacterianas. Gram-positiva Gram-negativa Qual a principal função da parede celular? Parede celular • “Estrutura complexa e semirrígida responsável pela forma da célula”; • Quase todos os procariotos possuem uma parede celular que circunda a frágil membrana plasmática e a protege, bem como ao interior da célula, de alterações adversas no meio externo. • Funções: • Prevenir a ruptura das células bacterianas quando a pressão da água dentro da célula é maior que fora dela; • Ajudar a manter a forma de uma bactéria; • Servir como ponto de ancoragem para os flagelos; • Clinicamente é importante, pois contribui para a capacidade de algumas espécies causarem doenças e também por ser o local de ação de alguns antibióticos. • Composição e características: • uma rede macromolecular (peptideoglicano) • Isolada ou em combinação com outras substâncias. • dissacarídeo repetitivo ligado por polipeptídeos para formar uma rede que circunda e protege toda a célula. Qual a principal função da parede celular? Prevenir a ruptura das células bacterianas quando a pressão da água dentro da célula é maior que fora dela. Qual a composição da parede celular de uma célula procariótica? A parede celular bacteriana é composta de uma rede macromolecular denominada peptideoglicano, constituída por monossacarídeos como o NAG (N-acetilglicosamina) e o NAM (ácido N-acetilmurâmico). Em que as bactérias Gram-negativas e Gram- positivas se diferem? Parede celular - Gram-positivas • Espessa camada de peptideoglicano, formando uma estrutura rígida. • Espaço periplasmático: espaço entre a parede celular e a membrana plasmática. • Camada granular (ácido lipoteicoico) • Ácido teicoico: um álcool (como o glicerol ou ribitol) e fosfato. • ácido lipoteicoico - atravessa a camada de peptideoglicano e está ligado à membrana plasmática. • ácido teicoico da parede, o qual está ligado à camada de peptideoglicano. Parede celular - Gram-negativas • Fina camada de peptideoglicano, (suscetível ao rompimento). • Ligado a lipoproteínas na membrana externa. • Localizado no Periplasma (ME e MP). • Não contém ácidos teicoicos; • Membrana externa • Lipopolissacarídeos (LPS); • Lipoproteínas; • Fosfolípideos. • Função: evasão da fagocitose, barreira contra detergentes, corantes, antibióticos, enzimas, etc. • O LPS: molécula grande e complexa composta por lipídeos e carboidratos - lipídeo A, cerne polissacarídeo e polissacarídeo O. Em que as bactérias Gram-negativas e Gram- positivas se diferem? • Gram-positivas são compostas por uma camada espessa de peptideoglicano e tem ácido teicoico. • Gram-negativas são compostas por uma fina camada de peptideoglicano, mas tem uma membrana externa e Lipopolissacarídeo (LPS). Estrutura do LPS Endotoxinas: Diarreia, vômitos, febre e choque potencialmente fatal. 3 componentes ligados covalentemente: • Lipídeo A; • Polissacarídeo cerne; • Polissacarídeo O. Coloração de Gram Explique como a coloração de Gram funciona para diferenciar entre estes dois tipos de paredes celulares. Mecanismo da Coloração de Gram Mecanismo Gram-positivas MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANOPAREDE CELULAR MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANOPAREDE CELULAR CRISTAL VIOLETA CITOPLASMA Mecanismo Gram-positivas MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANOPAREDE CELULAR LUGOL CITOPLASMA Mecanismo Gram-positivas MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANOPAREDE CELULAR LUGOL CITOPLASMA Mecanismo Gram-positivas MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANOPAREDE CELULAR LUGOL CITOPLASMA ÁGUA SAFRANINA Mecanismo Gram-positivas MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANO MEMBRANA EXTERNA LPS CITOPLASMA PAREDE CELULAR CRISTAL VIOLETA Mecanismo Gram-negativas MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANO MEMBRANA EXTERNA LPS CITOPLASMA PAREDE CELULAR LUGOL Mecanismo Gram-negativas MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANO MEMBRANA EXTERNA LPS CITOPLASMA PAREDE CELULAR LUGOL Mecanismo Gram-negativas MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANO MEMBRANA EXTERNA LPS CITOPLASMA PAREDE CELULAR Mecanismo Gram-negativas MEMBRANA PLASMÁTICA PEPTIDEOGLICANO MEMBRANA EXTERNA LPS CITOPLASMA PAREDE CELULAR SAFRANINA Mecanismo Gram-negativas O mecanismo da Coloração de Gram difere as paredes celulares. De acordo com seus conhecimentos assinale a alternativa incorreta: a) A bactéria Gram-positiva retém o corante violeta e cora-se de violeta escura ou púrpura e a bactéria Gram-negativa cora-se de vermelho ou rosa. b) As bactérias Gram-positivas apresentam uma fina camada de peptideoglicano e as bactérias Gram-negativas uma espessa camadas, além de apresentar ácido teicoico. c) A estrutura flagelar das bactérias Gram-negativas é de 4 anéis no corpo basal já as Gram-positivas apresentam 2 anéis do corpo basal. d) Quanto a sensibilidade à penicilina e às sulfonamidas as Gram-positivas levam vantagem por ter sensibilidade alta. Estruturas INTERNAS à parede celular Membrana Plasmática Citoplasma Nucleoide Ribossomos Inclusões Qual a principal função da membrana plasmática? A membrana plasmática (citoplasmática) • É uma estrutura fina, situada no interior da parede celular, revestindo o citoplasma da célula; • Procariotos: • Fosfolipídeos e proteínas. • Eucariotos: • Fosfolipídeos, proteínas, carboidratos e esteróis, como o colesterol. • São menos rígidas que as eucarióticas. • Exceção: Mycoplasma, que não possui parede celular e contém esteróis de membrana. • O vírus influenza e toxinas que causam a cólera e o botulismo , penetram na célula se ligando às glicoproteínas da membrana. • Estrutura • parecem estruturas de camada dupla; • fosfolipídeos estão dispostos em duas fileiras paralelas (bicamada lipídica); • glicerol (hidrofílico, solúvel em água e cauda apolar); • ácidos graxos (hidrofóbicos, insolúveis em água e cabeças polar). • Proteínas • Periféricas; • Integrais (transmembrana). • Proteína/Lipídeo + carboidratos = glicoproteínas/glicolipídeos. • Funções: • Barreira de permeabilidade da célula que separa o citoplasma do ambiente; • Transporte de substâncias; • Processos de obtenção de energia. Qual a principal função da membrana plasmática? • Barreira de permeabilidade seletiva que separa o citoplasma do ambiente; • Transporte de substâncias; • Processos de obtenção de energia. Descreva brevemente sobre a estrutura de uma membrana plasmática de uma célula procariótica e como ela é constituída. Descreva brevemente sobre a estrutura de uma membrana plasmática de uma célula procariótica e como ela é constituída. A membrana plasmática é uma fina estrutura situada no interior da parede celular e que reveste o citoplasmada célula. Em uma célula procariótica a membrana consiste, principalmente, de fosfolipídeos, mas contém proteínas (integrais e periféricas). Componentes citoplasmáticos Composição • Água, compostos de baixo peso molecular, macromoléculas, íons inorgânicos (Sítio de reações químicas); • Procariótica: substância celular localizada no interior da membrana plasmática. • 80% - água (proteínas (enzimas), carboidratos, lipídeos, íons inorgânicos e muitos compostos de baixo peso molecular). • É espesso, aquoso, semitransparente e elástico. • Principais estruturas são: um nucleoide (contendo DNA), as partículas, denominadas ribossomos, e os depósitos de reserva, denominados inclusões. • Citoesqueleto: atua na divisão celular, mantendo a forma da célula, no crescimento, na movimentação do DNA, no direcionamento de proteínas e no alinhamento de organelas. Nucleoide • Contém uma única molécula longa e contínua de DNA de dupla-fita, arranjada em forma circular, denominada cromossomo bacteriano. • Informação genética da célula, que carrega todas as informações necessárias para as estruturas e as funções celulares. • Não possui envelope nuclear (membrana) e não incluem histonas. • Pode ser esférico, alongado ou em forma de halteres. • Plasmídeos: pequenas moléculas de DNA de dupla-fita, circulares. São elementos genéticos extracromossômicos e se replicam independentemente do DNA cromossômico. • Resistência aos antibióticos; • Tolerância a metais tóxicos; • Produção de toxinas; • Síntese de enzimas. • O DNA plasmidial é utilizado para a manipulação genética em biotecnologia. O material genético de uma célula procariótica se encontra no(a): a) Glicocálice b) Flagelo c) Parede celular d) Plasmídeo e) Citoplasma Ribossomos • Síntese de proteínas; • Células ↑ síntese proteica: ↑ nº ribossomos; • Dezenas de milhares de ribossomos • (aparência granular). • Composição: • 2 subunidades - proteína e rRNA. • RibosProc ≠ RibosEuc • número de proteínas; • número de moléculas de rRNA; • são um pouco menores e menos densos. Inclusões ou Grânulos de reserva • Depósitos de reserva; • As células podem acumular certos nutrientes quando eles são abundantes e usá-los quando estão escassos no ambiente; • Macromoléculas concentradas evitam o ↑ da pressão osmótica; • Classificação: • Grânulos metacromáticos (armazenamento de fosfatos); • Grânulos polissacarídicos (armazenamento de amido); • Inclusões lipídicas (ácido poli-β-hidroxibutírico); • Grânulos de enxofre (reserva energética); • Carboxissomos (ribulose-1,5-difosfato-carboxilase); • Vacúolos de gás; • Magnetossomos (óxido de ferro (Fe3O4). Componentes citoplasmáticos Em qual das opções a seguir o par está incorreto? a. grânulos metacromáticos – armazenamento de fosfatos. b. grânulos polissacarídicos – armazenamento de amido. c. inclusões lipídicas – ácido poli-β-hidroxibutírico. d. grânulos de enxofre – reserva energética. e. ribossomos – armazenamento proteico. Por que um endósporo é denominado uma estrutura dormente? Qual a vantagem do endósporo para uma célula bacteriana? Endósporos • Exclusivos das bactérias; • São células desidratadas altamente duráveis, com paredes espessas e camadas adicionais. Eles são formados internamente à membrana celular bacteriana. • Algumas bactérias gram-positivas (Clostridium e Bacillus). • Resistentes ao calor, desidratação, extremos de pH, radiação. • Ex: endósporos de 7500 anos de idade de Thermoactinomyces vulgaris, do lodo congelado do Lago Elk, em Minnesota, germinaram quando reaquecidos e colocados em um meio nutriente. • Embora os endósporos verdadeiros sejam encontrados em bactérias gram-positivas, uma espécie de gram-negativa, Coxiella burnetii, o agente causador da febre Q, forma estruturas similares a endósporos, que resistem ao calor e a substâncias químicas, e podem ser coradas com corantes para endósporos. • Atuam como estrutura de sobrevivência – condições ambientais desfavoráveis. • Não tem atividade metabólica; • Forma de sobrevivência e não de reprodução. Por que um endósporo é denominado uma estrutura dormente? Qual a vantagem do endósporo para uma célula bacteriana? Porque quando os nutrientes estão escassos, as células se especializam para se tornarem altamente duráveis, diminuindo sua atividade metabólica e, assim, serem mais resistentes ao calor, desidratação, extremos de pH, radiação, etc, como forma de sobrevivência em ambientes desfavoráveis. Um endósporo é chamado de estrutura dormente porque fornece meios para a célula “adormecer”, ou sobreviver, em oposição a crescer e reproduzir. A parede protetora do endósporo permite que a bactéria resista as condições adversas do ambiente. A formação de endósporo é chamada de (a) __________. Ela é iniciada por (b) __________. A formação de uma nova célula a partir de um endósporo é denominada (c) __________. Esse processo é desencadeado por (d) __________. A formação de endósporo é chamada de (a) ESPOROGÊNESE. Ela é iniciada por (b) CONDIÇÕES AMBIENTAIS DIVERSAS. A formação de uma nova célula a partir de um endósporo é denominada (c) GERMINAÇÃO. Esse processo é desencadeado por (d) CONDIÇÕES FAVORÁVEIS DE CRESCIMENTO. O Clostridium botulinum é um anaeróbio estrito; ou seja, ele é destruído pelo oxigênio molecular (O2) presente no ar. Os seres humanos podem morrer de botulismo ao ingerir alimentos em que o C. botulinum está crescendo. Como essa bactéria sobrevive nas plantas colhidas para consumo humano? Por que os alimentos em conserva caseiros são a fonte mais frequente de botulismo? O Clostridium botulinum é um bacilo Gram-positivo, produtor de esporos, apresentam cápsula e são móveis, anaeróbicos obrigatórios. Conseguem sobreviver em plantas, através da sua capacidade de esporulação, assim resistem a altas temperaturas, presença de oxigênio, que na sua forma vegetativa normalmente morreriam. Quando se encontram em um ambiente favorável para o seu crescimento, como ambiente anaeróbico ocorre sua germinação para a forma vegetativa. Em qual das opções a seguir o par está incorreto? a. glicocálice – aderência. b. pili – reprodução. c. parede celular – toxina. d. parede celular – proteção. e. membrana plasmática – transporte. Combine as estruturas na coluna A com suas funções na coluna B. A B a) Parede celular ____ Adesão à superfície b) Endósporo ____ Formação da parede celular c) Fímbrias ____ Motilidade d) Flagelos ____ Proteção da lise osmótica e) Glicocálice ____ Proteção dos fagócitos f) Pili ____ Repouso g) Membrana plasmática ____ Síntese de proteínas h) Ribossomos ____ Permeabilidade seletiva ____ Transferência de matéria genético Combine as estruturas na coluna A com suas funções na coluna B. A B a) Parede celular _C/E_ Adesão à superfície b) Endósporo _G_ Formação da parede celular c) Fímbrias _D/F_ Motilidade d) Flagelos _A_ Proteção da lise osmótica e) Glicocálice _E_ Proteção dos fagócitos f) Pili _B_ Repouso g) Membrana plasmática _H_ Síntese de proteínas h) Ribossomos _G_ Permeabilidade seletiva _F_ Transferência de matéria genético Qual das seguintes não é uma característica diferencial das células procarióticas? a. Elas normalmente possuem um único cromossomo circular. b. Elas não possuem organelas revestidas por membrana. c. Elas possuem paredes celulares que contêm peptideoglicano. d. Seu DNA não está associado a histonas. e. Elas não possuem uma membrana plasmática. Referência • TORTORA, Gerard J.; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L. Microbiologia. In: Microbiologia. 12 ed. – Artmed, 2017.
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