ORGANIZAÇÃO, ESTRUTURAS e FUNÇÕES

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1 CAPÍTULO II OS PROCARIOTAS ORGANIZAÇÃO, ESTRUTURAS e FUNÇÕES 3ª AULA TEÓRICA MICROBIOLOGIA 2010/ António Inês

2 SUMÁRIO: CAPÍTULO II. OS PROCARIONTES: ORGANIZAÇÃO, ESTRUTURAS e FUNÇÕES A célula procariota Comparação entre as células procariota e eucariota Tamanho e forma das bactérias Estruturas e funções O citoplasma bacteriano Ribossomas e a síntese de proteínas Nucleóide Plasmídeos Mesossomas Membrana citoplasmática MICROBIOLOGIA 2008/2009 Parede celular. Estrutura do peptidoglicano. Reacção da coloração de Gram.

3 REVISÃO Enquadramento dos microrganismos nas classificações dos seres vivos Classificação de Whittaker Classificação de Woese

4 Organismos microscópicos e macroscópicos: Existem microrganismos procarióticos e eucarióticos, mas não existem macrorganismos procarióticos

5 PROCARIOTAS EUCARIOTAS Organismos microscópicos e macroscópicos: Existem microrganismos procarióticos e eucarióticos, mas não existem macrorganismos procarióticos

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7 Comparação entre as células procariota e eucariota Tamanho MICROBIOLOGIA 2008/2009 Procariota

8 Comparação entre as células procariota e eucariota Tamanho MICROBIOLOGIA 2008/2009 eucariota procariota

9 Comparação entre as células procariota e eucariota Tamanho MICROBIOLOGIA 2008/2009 Thiomargarita namibiensis Comparação entre o tamanho de uma célula de Epulopiscium fishelsonii e 4 paramécias

10 Tamanhos das células procariotas MICROBIOLOGIA 2008/2009 Comparação das dimensões de uma variedade de procariotas. A maioria dos procariotas têm células com diâmetros que variam de µm.

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12 Morfologia das células procariotas MICROBIOLOGIA 2008/2009 Cocos Cocobacilos Esféricas (cocos) Vibrião Vibrião Espirilos Bacilos Espirilo Bastão (bacilos) Espiroqueta Espiroqueta

13 Esféricas (cocos) 1 Ex: 1. Neisseria gonorrhoeae Diplococos 3 2 Estreptococos 4 Ex: 2. Streptococcus thermophilus 3. Streptococcus pyogenes 4. Leuconostoc mesenteroides

14 Ex: 1. Deinococcus radiodurans Ex:2. Pediococcus pentosaceus Tétradas

15 Ex: 1. Sarcina lutea (c) Sarcina Sarcinas (arranjos cúbicos de cocos)

16 Estafilococos Ex: Staphylococcus aureus

17 Bastão (bacilos) 2 1 Ex: Clostridium tetani Ex: Bacillus subtilis 3 4 Ex: Escherichia coli Ex: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Lactobacillus bulgaricus 5 Ex: Salmonella enterica subsp. enterica

18 Vibrião Espirilos 1 2 Ex: Spirillum volutans Ex: Vibrio cholerae Responsável pela cólera Espiroqueta 3 Ex: Treponema pallidum Responsável pela sífilis

19 Outras formas

20 Filamentosas 1 Ex: Streptomyces coelicolor. 3 2 Ex: Streptomyces griseus Ex: Chloroflexus aurantiacus Streptomyces griseus - produz estreptomicina (foi o primeiro agente específico, efectivo no tratamento da tuberculose) Streptomyces griseus - produz cicloheximida (actidione), um antibiótico que actua como inibidor da síntese de proteínas em eucariotas mas não em procariotas. Chloroflexus aurantiacus bactéria fotossintética

21 Bactérias pedunculadas e/ou gemulantes Bactérias apendiculadas e/ou gemulantes Ex: Gallionella ferruginea Ex: Hyphomicrobium sulfonivorans Ex: Caulobacter crescentus Gallionella ferruginea - é uma bactéria quimiolitotrófica, oxidante do ferro, encontrada em diferentes ambientes aquáticos Caulobacter crescentus - é uma bactéria Gram negativa, distribuída amplamente no solo, lagos de água doce, correntes e água de mar. Desempenha um papel importante no ciclo do carbono. Hyphomicrobium sulfonivorans - bactéria isolada da boca, capaz de eliminar maus odores associados ao mau hálito (compostos resultantes da degradação de aminoácidos sulfurados)

22 bactéria com morfologia retangular Outras formas bactéria com morfologia semelhante a uma estrela Stella humosa bactéria em forma de quadrado Haloarchaea de Walsby (Haloquadratum walsbyi), um dos microrganismos extremófilo mais esquisito Ex: Ancalomicrobium adetum Ancalomicrobium adetum - bactéria em forma de estrela Bactéria com forma quadrada contendo um flagelo gigante

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24 Comparação entre as células procariota e eucariota Estruturas MICROBIOLOGIA 2008/2009 Procariota Eucariota

25 A célula procariota Estruturas MICROBIOLOGIA 2008/2009

26 A célula procariota Estruturas

27 Diferenças entre eucariotas e procariotas

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29 PROKARYOTES VS. EUKARYOTES Cell Structure: Prokaryotic Eukaryotic Organization Unicellular Unicellular/ Multicellular Cell Membrane: transport, motility, transport oxidative phosphorylation, DNA replication Endocytosis/Exocytosis - + Intracellular Membranes: - + Nucleus, Golgi, Mitochondria, Endoplasmic Reticulum Cytoskeletal: Microfilaments - + Microtubules - + Cell wall Peptidoglycan - Genetics: Chromosomes 1 >1 Topology Circular Linear Segregation Cell membrane Mitotic spindle Transcription/ coupled in Transcription - nucleus Translation cytoplasm Translation - cytoplasm mrna capping, - + poly-a Introns (-) + Cistron structure Polycistronic Monocistronic Ribosome 70S (50S + 30S) 80S (60S + 40S) MICROBIOLOGIA 2008/2009 Genetic Transformation, Meiosis, Zygote fusion Exchange Transduction, Conjugation

30 Localização e formas do genoma ém células e em vírus

31 Cromossoma de uma célula eucariota MICROBIOLOGIA 2008/2009

32 Cromossoma de uma célula procariota (Nucleóide)

33 O nucleóide consiste numa única grande molécula de DNA com proteínas associadas. O seu tamanho varia de espécie para espécie. O genoma de Escherichia coli, tem quase 5 milhões de pares de bases e vários milhares de genes codificando mais de 4000 proteínas (o genoma humano tem 3 mil milhões de pares de bases e cerca de proteínas.

34 Plasmídeos São moléculas de DNA circular extracromossómico que coexistem com o nucleóide. São frequentemente trocados na conjugação entre bactérias. Os plasmídeos contém genes, incluindo os que protegem a célula contra os antibióticos.

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36 Dogma Central da Biologia Molecular MICROBIOLOGIA 2008/2009 Transcrição reversa proteínas estruturais DNA (replicação) DNA (transcrição) RNA (tradução) Proteínas transporte enzimática /hormonal Expressão

37 Ribossomas

38 Ribossomas e a síntese de proteínas MICROBIOLOGIA 2008/2009 Partículas de nucleoproteína dispersas no citoplasma dos procariotas e eucariotas e também nas mitocôndrias e cloroplastos (diferem em tamanho e composição). A principal função é servirem de local onde se faz a tradução do mrna e a síntese das proteínas. Duas sub-unidades de um ribossoma bacteriano 70S As 2 sub-unidades ligam-se à volta do mrna a ser traduzido, do seguinte modo:

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40 A membrana citoplasmática Composição: Fosfolípidos Proteínas (Periféricas e integrais)

41 As membranas dos procariotas, contrariamente às dos eucariotas, carecem de esteróis (com a excepção das cianobacterias, certas bactérias metilotróficas; bem como os micoplasmas apresentam colesterol, que obtêm das células eucarióticas que parasitam. Por outro lado, em muitas bactérias existe uma classe peculiar de compostos policiclicos, denominados hopanóides (triterpenóides pentacíclicos) que parecem condicionar parte da rigidez das membranas citoplasmáticas. Os hopanóides sintetizam-se a partir do mesmo tipo de precursores que os esteróis. (Como curiosidade, os sedimentos de combustíveis fósseis como o petróleo apresentam quantidades muito elevadas de hopanóides, o que confirma o papel que tiveram as bactérias na sua formação). Núcleo básico dos esteróis Estrutura do colesterol Um exemplo de hopanóide Comparação entre esteróis e hopanóides

42 Estrutura da membrana das arqueas MICROBIOLOGIA 2008/2009 Bicamada (duas láminas de glicerol-diéteres) Monocamada molecular de diglicerol-tetraéteres

43 Funcões da membrana citoplásmica procariota Barreira osmótica Limite entre o protoplasto e o meio Permite a passagem selectiva de moléculas Intervém em processos de obtenção de energia (respiração, fotossíntese) Participa na biossíntese de componentes externos (parede, membrana e cápsulas) Secreção de proteínas e outras macromoléculas

44 Mesossoma Invaginação da membrana citoplasmática Artefacto da coloração para microscopia electrónica Gránulo de reserva Nucleóide Mesossoma

45 Parede celular Estrutura rígida a rodear a membrana citoplasmática e que confere forma às células a. Funções evita lise osmótica, protege a célula de agressões externas, contribui para a virulência, alvo dos antimicrobianos b. Coloração de Gram e coloração ácido resistente i. gram-positivo (azul) ii. gram-negativo (vermelho) iii. ácido resistente (vermelho ou azul) iv. sem parede celular (sem coloração)

46 Formas, dimensões e reacção à coloração de Gram A coloração de Gram permite distinguir bactérias Gram+ e Gram- Clostridium spp Gram+ Staphylococcus aureus Gram+ Listeria spp. Gram+

47 Formas, dimensões e reacção à coloração de Gram A coloração de Gram permite distinguir bactérias Gram+ e Gram- Campylobacter spp. Gram - Escherichia coli Gram - Salmonella spp. Gram -

48 Procedimento da coloração de Gram MICROBIOLOGIA 2008/2009

49 Parede celular

50 Parede celular

51 A parede celular das bactérias Gram + MICROBIOLOGIA 2008/2009

52 A parede celular das bactérias Gram +

53 Estrutura dos ácidos teicóicos das bactérias Gram + (A) ácido teicóico (poliribitol) em Bacillus subtilis Um ácido teicóico (polímero de ribitol) (B) ácido teicóico (poliglicerol) em Lactobacillus sp.

54 A parede celular das bactérias Gram- MICROBIOLOGIA 2008/2009

55 A parede celular das bactérias Gram-

56 Estrutura dos Lipopolissacáridos (LPS) bactérias Gram - MICROBIOLOGIA 2008/2009

57 Estrutura dos Lipopolissacáridos (LPS) bactérias Gram - MICROBIOLOGIA 2008/2009

58 Peptidoglicano: composição química

59 Peptidoglicano: composição química

60 m-dap L-lys Di-aminoácidos : ácido meso-diaminopimélico e L-lisina encontrados no peptidoglicano

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63 As formas L MICROBIOLOGIA 2008/2009 Formas L naturais: Carecem totalmente (ou quase) de PC; algumas bactérias produzem estas formas espontaneamente em meios à base de soro (meios hipertónicos) Exemplo: Streptobacillus moniliformis Colónias em forma de ovo estrelado Formas L induzidas: tratamento com penicilina em meio hipertónico L instáveis: tratamento breve; revertem à forma com PC L estáveis: tratamento prolongado; não revertem à forma com PC Ausênsia de peptidoglicano: Mycoplasma e família Planctomycetales (compreende um grupo de bactérias heterotróficas, invulgares gemulantes )

64 A formação de protoplastos

65 Pseudopeptidoglicano (Archaea) MICROBIOLOGIA 2008/2009

66 A parede celular das bactérias Gram+, Gram- e ácido-resistentes

67 A parede celular das bactérias ácido-álcool resistentes Parede especial de certas bactérias Gram positivas: Nocardia, Mycobacterium Resistem à descoloração com uma mistura de ácido clorídrico-etanol (ácido-álcool resistentes) Esta propriedade deriva de: Ácidos micólicos Glucolípidos Ceras Aspecto e consistência cérea (cerosa) das colónias nas placas de Petri Em líquidos crescem formando grumos Grande impermeabilidade Resistência à dessecação Resistência a agentes antibacterianos Detergentes Oxidantes Ácidos e bases

68 Coloração diferencial de Ziehl-Neelsen ácido-resistente MICROBIOLOGIA 2008/2009 Robert Koch foi o primeiro a identificar Mycobacterium tuberculosis como sendo o agente da tuberculose. É uma bactéria que pertence a família das Mycobacteriaceae e que tem morfologia bacilar ou cocobacilar. É também designado bacilo de Koch e é estritamente patogénica. A parede celular de Mycobacterium tem a particularidade de possuir cerídeos, ácidos micólicos que impossibilitam a coloração pela técnica de Gram. Para visualizar estas células, é necessário recorrer a técnica de coloração especial (Ziehl-Neelsen) mais agressiva. Com esta técnica, as células de Mycobacterium coram de vermelho (fucsina concentrada) e resistem à descoloração pelo soluto de EBNER (álcool + HCL). É por essa razão que são designados bacilos álcool ácido resistentes.