procariotos: estrutura e função microbiologia geral mip 7013 prof. admir j. giachini
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Procariotos: Estrutura e função
Microbiologia Geral
MIP 7013
Prof. Admir J. Giachini
Com base em comparações de sequências do rRNA (16S, 23S):
Três Domínios (Super-reinos)
BacteriaArchaeaEukarya
Procariotos
(Woese, 1977)
Madigan et al., 2004
1. Introdução
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Propriedade Procariotos Eucariotos
Domínios Bacteria e Archaea Eukarya: algas, fungos, protozoários, plantas e animais
Estrutura e função do núcleo
Membrana nuclear ausente presente
DNA Molécula única, sem histonas, plasmídeos freqüentes Presente em vários cromossomos, geralmente com histonas
Divisão Sem meiose Meiose, aparelho meiótico com fuso microtubular
Reprodução sexuada Processo fragmentário, sem meiose, apenas porções são montadas
Processo regular, ocorrência de meiose, remontagem do genoma inteiro
Estrutura e organização do citoplasma
Membrana citoplasmática
Geralmente sem esteróis Esteróis geralmente presentes
Membranas internas Relativamente simples, restritas a poucos grupos Complexas, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi
Ribossomos 70 S 80 S, exceto para os ribossomos, mitocôndrias e cloroplastos (70S)
Organelas membranosas
Ausentes Várias
Sistema respiratório Parte da membrana citoplasmática Nas mitocôndrias
Pigmentos fotossintetizantes
Na membrana interna de clorossomas, cloroplastos ausentes Em cloroplastos
Parede celular Presente (maioria), composta de peptidoglicano, outros polissacarídeos, proteínas e glicoproteínas
Presente em plantas, algas e fungos; ausente nos animais, na maioria dos protozoários; geralmente polissacarídica
Formas de motilidade
Movimento flagelar Flagelos de dimensões sub- microscópicas, cada um composto de uma fibra de dimensão molecular; rotação
Flagelos ou cílios; dimensões microscópicas; compostos de microtúbulos; sem rotação
Movimento não flagelar Deslizamento; ou através das vesículas de gás Correntes citoplasmáticas e movimento amebóide; deslizante
Microtúbulos ausentes Comuns, presentes em flagelos, cílios, corpos basais, fuso mitótico, centríolos
Tamanho Geralmente menores que 2 m de diâmetro Geralmente 2 a mais de 100 m de diâmetro
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Célula procariótica x eucariótica
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Celula procariótica
Celula eucariótica
Unidade de medida: m (micrômetro)
1 m = 0,001 mm (1/1000) ou 1000 m = 1 mm
Tamanho variável: 0,15 m 50 m (0,0015 mm – 0,05 mm)
Tamanho da célula procariótica
Escherichia coli: 1 x 3m
1 m
Thiomargarita namibiensis: 750 m !!5
ou 0,2 mm
ou 0,0002 mm
ou 0,00006 mm
0,00002 mm
0,00009 mm
0,0002 mm
0,0015 mm6
* Nutrientes e dejetos são transportados para dentro e fora da célulavia membrana citoplasmática.
* A velocidade desse transporte determina a velocidade metabólicae, portanto, a velocidade de crescimento das células
* Quanto menor o tamanho, maior é a relação entre a área superficialda membrana em relação ao volume e, portanto, maior é o potencial de crescimento.
Relação superfície/volume
Madigan et al., 20107
Cocos (Neisseria) Bacilos (Halobacterium/Salmonella)Vibrião (Bdellovibrio)
Morfologia dos procariotos
Vibrião
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Formas mais básicas e comuns
Espirilo (Spirillum)
Espiroqueta (Leptospira)
Pedunculada (Rhodomicrobium)
Morfologia dos procariotos
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Morfologia dos procariotos
Cianobactérias
(Chondromyces) (Myxococcus)
Mixobactérias10
• Arranjos:– agrupamentos de indivíduos após a divisão– seguem um padrão uniforme– significado para a identificação
2. Morfologia dos procariotos
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Morfologia dos procariotos: arranjos
Arranjos de bacilos
Arranjos de cocos
12MethanosarcinaDeinococcus
3.1. Parede celular
Envoltório rígido, que é responsável pela forma da célula
3.1.1. Domínio Bacteriaa) componente principal: peptideoglicano (> 100 tipos)
* açúcares aminados:N-acetilglicosaminaÁcido N-acetilmurâmico
* aminoácidos (formas “D” e “L”): tetrapeptídeos
3. Estrutura da célula procariótica
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Estrutura da célula procariótica
Madigan et al., 2010
Tetrapeptídeoglicano
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Estrutura da célula procariótica
Madigan et al., 2010
Y
X
liga
çõe
sp
ep
tíd
ica
s
ligaçõesglicosídicas
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3. Estrutura da célula procariótica
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• até 90%• 20 camadas
• até 10%• 1-2 camadas
b) membrana externa de bactérias Gram negativas (camada LPS ou lipopolissacarídica), camada dupla, composta de:
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17Madigan et al., 2010
3.1.2. Domínio Archaea* paredes de composição variável* sem peptideoglicano* algumas são Gram+, outras Gram-
* pseudopeptideoglicano
3. Estrutura da célula procariótica
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Pseudopeptideoglicano em algumas Archaeametanogênicas
PSEUDOMUREÍNA
Madigan et al., 2010
PEPTIDEOGLICANO
N-acetilglicosamina
N-acetilalosaminurônico
aa estereoisômeros L
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3. Estrutura da célula procariótica
3.2. Membrana plasmática* barreira física, vital para a células* espessura aproximada de 8 nm* composição química
3.2.1. Domínio Bacteria* bicamada contendo hopanóides ( esteróis, resistência)
* menos rígida que em eucariotos
3.2.2. Domínio Archaea: composição variável* monocada com ligações éter
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Madigan et al., 2010
6-8
nm
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3. Estrutura da célula procariótica
3.2. Membrana plasmática* barreira física, vital para a células* espessura aproximada de 8 nm* composição química
3.2.1. Domínio Bacteria* bicamada contendo hopanóides ( esteróis, resistência)
* menos rígida que em eucariotos
3.2.2. Domínio Archaea: composição variável* monocada com ligações éter
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Comparação entre os lipídeos de Archaea e Bacteria
Madigan et al., 200424
3.2.3. Funções da membrana
a) permeabilidade * permeável à água e a substâncias de baixo PM * não permeável a moléculas com cargas: aminoácidos, ácidosorgânicos, sais, H+
b) transporte* proteínas de transporte* contra um gradiente de concentração* alta especificidade
c) produção de energia: sítio de geração e utilização da força próton motiva
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Comparação entre os lipídeos de Archaea e Bacteria
Madigan et al., 200426
3.2.3. Funções da membrana
a) permeabilidade * permeável à água e a substâncias de baixo PM * não permeável a moléculas com cargas: aminoácidos, ácidosorgânicos, sais, H+
b) transporte* proteínas de transporte* contra um gradiente de concentração* alta especificidade
c) produção de energia: sítio de geração e utilização da força próton motiva
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3.3. Material genético em procariotos* molécula única de DNA circular, nua, intensamente dobrada,podendo expandir-se até 1 mm (bactéria típica mede poucos m)
* não associado com histonas (mas proteínas semelhantes a histonas podem estar presentes em algumas espécies)
* tamanho do genoma variável:E. coli: 4,7 MbHemophilus influenzae: 1,83 MbMycoplasma genitalium: 0,58 Mb
* bactérias em crescimento ativo podem conter várias cópias
* haplóides: facilidade de adaptação
3. Estrutura da célula procariótica
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3.3. Material genético em procariotos* molécula única de DNA circular, nua, intensamente dobrada,podendo expandir-se até 1 mm (bactéria típica mede poucos m)
* não associado com histonas (mas proteínas semelhantes a histonas podem estar presentes em algumas espécies)
* tamanho do genoma variável:E. coli: 4,7 Mb (1,000,000 de bases)Haemophilus influenzae (meningites): 1,83 MbMycoplasma genitalium (trato genital/respiratório): 0,58 Mb
* bactérias em crescimento ativo podem conter várias cópias
* haplóides: facilidade de adaptação
Célula humana: contém 1000 vezes mais DNA e sete vezes mais genes, com muitas regiões não codificadoras (junk DNA)
3. Estrutura da célula procariótica
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3.4. Ribossomos* 70 S* Subunidades: 50S + 30S* até 10.000 por célula
Bacterias e Archaeas têm ribossomossemelhantes (70S), mas diferentes na composição proteica
3. Estrutura da célula procariótica
50 S
30 S
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3.5. Flagelos* apêndices longos e finos
* helicoidais
* 20 nm de diâmetro* distribuídos em número variável:A = monotríquio (polar)B = lofotríquioC = anfitríquio (polar)D = peritríquio
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A
B
C
D
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3.5. Flagelos* proteína: flagelina, com subunidades dispostas helicoidalmente
* estrutura:- corpo basal- gancho- filamento
* movimento: rotação (até 200 rps 12.000 rpm)* velocidade: 20-80m.s-1, média de 50 m.s-1, ou 10 corpos.s-1
* energia para movimento: força próton motiva
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Estrutura do flagelo em procariotos
Madigan et al., 2010Anel C34
* quimiotaxia: controle do movimento- repelentes- atraentes
* mecanismo: proteínas que sentem a presença de substâncias
- resposta à concentração
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Outras formas de motilidade em procariotos
Madigan et al., 2004
Membrana externa
Membrana citoplasmática
Movimento deslizante
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3.6. Pili e fímbrias
* fímbrias: adesão (várias unidades. célula-1)
* pili: mais longos (geralmente 1 unidade. célula-1)- Conjugação bacteriana- adesão em bactérias patogênicas
* composição: proteínas
Fímbrias
Flagelo
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3.10. Endósporos: estruturas de resistência
* encontrados em algumas Gram positivas: - Bacillus- Clostridium- Sporosarcina- Sporolactobacillus
* resistentes ao calor, radiações, ácidos, produtos químicos, lisozima
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Endósporos de procariotos
Madigan et al., 2004
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Endósporos de procariotos
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