UNIVÉRTIX CURSO AGRONOMIA MICROBIOLOGIA DO SOLO BACTÉRIAS E ARCHAEAS

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1 UNIVÉRTIX CURSO AGRONOMIA MICROBIOLOGIA DO SOLO BACTÉRIAS E ARCHAEAS

2 Introdução Unicelulares Procariontes Habitam todos os solos Menores microrganismos do solo Maior capacidade metabólica Participam: da decomposição de matéria orgânica remediação de solos contaminados transformações biológicas de nutrientes minerais interações (plantas, animais e microrganismos)

3 Biologia de Bactérias e Archaea Classificação Fenotípica Características comuns como: Morfológicas, fisiológicas, bioquímicas, antigênicas e ecológicas Grupos baseados em características fenotípicas (Holt, ) Muito prático Não representa relação evolutiva entre procariotos

4 Classificação Filogenética Classificação Relação evolutiva Difícil determinar parentesco filogenético baseado em características fenotípicas Woese et al. (1990): grupos baseados na sequência de genes de nucleotídeos de rrna (16S nos procariontes e 18S nos eucariontes) Relaciona-se a distância das espécies pela similaridade das sequências de nucleotídeos

5 Comparação da seqüência de rrna Classificação

6 Classificação Classificação Filogenética Bactérias e Archaea semelhantes morfologicamente, mas se diferem na: composição química; estrutura das enzimas chaves; determinados aspectos de fisiologia

7 Estrutura e Função das Células Bacterianas Tamanho: mais adaptadas a mudanças ambientais Presença de uma rígida parede celular Apêndices superficiais Estruturas intracelulares: nutrientes Material nuclear: molécula simples de DNA associadas a proteínas (sem envoltório nuclear)

8 Esquema Bactéria Estrutura e Função das Células C Bacterianas Pilli Ribossomo Cápsula Parede Celular Flagelo Citoplasma Vacúolo Membrana Plasmática DNA Plasmídeo

9 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Morfologia celular Variedade de Formas das Bactérias

10 Actinomicetos Estrutura e Função das Células C Bacterianas - Morfologia celular Talo hifas Emaranhado de hifas: micélio Reprodução: esporangiósporos ou conídios Gram-positiva Fungos: semelhante morfologicamente distinguem pela parede com peptideoglicano, ribossomo 70S, ausência de envoltório celular, e sensibilidade a agentes anti-bacterianos

11 Membrana Citoplasmática: mais interna Parede Celular: mureína ou peptideoglicano Membrana externa: muitas das bactérias do solo, circunda a parede celular Quatro grupo de bactéria: - Gram positiva - Gram negativa Envoltório Celular - Micoplasmas (ausência de P.C. e M.E.) - Acid-fast (fina P.C. M.E.) Estrutura e Função das Células C Bacterianas

12 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Membrana Citoplasmática 2 camadas: fosfolipídeos e proteínas associadas Semipermeabilidade Transporte de nutrientes Descarte de produtos e certas enzimas Pequeno tamanho: absorvem nutrientes Maioria dos nutrientes: canais de proteínas transportadoras Água, O2, N2, CO2 e pequenas moléculas lipossolúveis: difusão

13 Transportes Através da membrana Estrutura e Função das Células C Bacterianas Permeases: transporte passivo (raro) Transporte ativo: hidrólise de ATP ou cotranportadores Moléculas grandes: enzimas extracelulares transporte ativo ou permeases

14 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Membrana Citoplasmática Transporte de proteínas e lipídeos: fosforilação oxidativa síntese de ATP e geração de H + Proteína sensora: detectar e responder a mudanças ambientais, sinais químicos, temperatura, ph Proteína reguladora: sensora - reguladora: movimento celular, metabolismo, osmorregulação, transporte, esporulação

15 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Parede celular Peptideoglicano: polissacarídeo e peptídeo Rigidez Presença de poros Água, pequenas moléculas e íons Proteção contra lise e tamanho celular [nutrientes] maior dentro da célula: pressão

16 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Parede celular Gram-positivas: várias camadas peptideoglicano Ácido teicóico e lipoteicóicos: reconhecimento e ligação, carga negativa Gram-negativas:poucas camadas peptideoglicano Maior flexibilidade, menor resistência ao estresse físico Ausência de ácido teicóico e lipoteicóico

17 Gram + Gram -

18 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Membrana Externa Parte externa:lipopolissacarídeos/fosfolipídeos Polissacarídeos: projeções externas com cargas negativas Gram-negativas: interagem com cátions bactéria-partículas solo reconhecimento de plantas Porinas: água, pequenas moléculas e íons

19 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Periplasma Preenche espaço: membrana citoplasmática e membrana externa Alta concentração protéica: gel Proteínas: catalizam hidrólise de substâncias orgânicas, facilita movimento de nutrientes, hidrólise de substâncias tóxicas, catalizam reações síntese de peptideoglicanos

20 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Nucleóide Cromossomo bacteriano Dupla fita de DNA: codifica a maioria das informações genéticas da célula Estruturas associadas Proteínas catalíticas replicação e transcrição do DNA Ligado a membrana citoplasmática em 1 ou + sítios

21 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Nucleóide Ausência de envelope nuclear Cromossomo: informações para crescimento e reprodução Plasmídeo: molécula DNA adicional circulares, menos informações, genes de características específicas (resistência antibióticos ou substâncias tóxicas) replicação independente várias cópias

22 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Ribossomos Presentes no citoplasma rrna e proteínas Traduz mrna e transcreve em proteína Polissomos (mrna e ribossomos): síntese de proteína Menores que de eucariotos Bactérias: 70S

23 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Inclusões Armazenamento de grânulos: mais comum bactéria solo:excesso de nutrientes no ambiente Excesso de carbono: glicogênio, polímeros de glicose ou lipídeo Excesso de fósforo: grânulos de polifosfato - metacromáticos Grânulos enxofre:fonte de energia em baixa [S] red

24 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Estruturas superficiais Camada de polissacarídeos ou glicoproteínas: cobrem superfície da célula bacteriana Camada fina a espessa: espécie de bactéria, disponibilidade e tipo de nutrientes no solo Reduz a perda de água por evaporação Protege a bactéria de fagocitose Estabilidade de agregados Formação de biofilmes

25 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Estruturas superficiais Pili ou fímbrias: apêndices capilares ancorado no envelope celular se estendendo para fora da célula Gram-positivas e negativas Plasmídeo: codifica pili sexual usado na conjugação Pili: reconhecimento com outros microorganismos ou plantas ligação específica: composição química varia entre bactérias

26 Estrutura e Função das Células C Bacterianas Estruturas superficiais Flagelo: movimentação bacteriana movem para locais mais favoráveis número variável entre as espécies Flagelos: ancorados no envelope celular, se estendem para fora da superfície celular Espiroquetas: entre a parede celular e membrana externa Umidade do solo: mobilidade por flagelos (?)

27 Características únicas de Archaea Distantes filogeneticamente das bactérias Capacidade metabólica única Habitam ambientes extremos, não tolerados por outros organismos Ausência de peptideoglicano na parede celular Espessa e homogênea com polímeros de pseudo mureína ou heteropolissacarídeos Fina proteínas ou glicoproteínas

28 Características únicas de Archaea Composição química (lípideos de membrana) hidrocarbonetos ligados a glicerol bactérias e eucariotos: fosfolipídeos ácidos gordurosos ligados a glicerol Composição química da membrana: sobrevivência em ambientes extremos Cromossomos com histonas: fecham o DNA em uma conformação similar a cromossomos eucarióticos

29 Estratégias Nutricionais» Estratégias Nutricionais A maioria é heterotrófica e alguns são capazes de trocar de estratégia de acordo com ambiente Macronutrientes primários: C, N, P, S. Macronutrientes secundários: K, Ca, Na e Mg. Nutrientes orgânicos - fatores de crescimento: aa, bases nitrogenadas, vit., etc. Entre os heterotróficos a maioria é saprófita

30 Estratégias Nutricionais Quadro 1. Grupos majoritários de Bactérias e Archaeas do solo Classificação Fonte de Carbono nutricional (C) e energia (E) Quimioheterotróficos C: comp. orgânicos E: comp. orgânicos Fotoautotróficos C: CO 2 E: Luz C: CO 2 Quimioautotróficos E: comp. inorgânicos Grupos Saprófitas, maioria das bactérias simbióticas. Cyanobactérias, bactérias verdes e púrpuras. Bactérias nitrificantes, oxidantes do enxofre e do hidrogênio.

31 Estratégias Nutricionais Quadro 2. Requerimentos de O 2 e tipos de metabolismo de Bactérias e Archaeas. Requerimento de O 2 Aeróbios Anaeróbios facultativos Anaeróbios obrigatórios Anaeróbios aerotolerantes Tipo de metabolismo Respiração aeróbica Respiração anaeróbica O 2 Aceptor de ē NO 3 - ou NO 2 - NO 3 - Produto reduzido H 2 O N 2, N 2 O, NO NO 2 - Fumarato Succinato Fermentação Comp. Orgânicos Ac. Orgânicos, álcool, etc. Respiração 2- SO 4 H 2 S anaeróbica CO 2 CH 3 COOH CO 2 CH 4 Fermentação Comp. Orgânicos Ac. Orgânicos, álcool

32 » Distribuição e Abundância Distribuição e Abundância A população no solo pode chegar de 10 8 a UFC/g de solo, ou ainda maior na rizosfera. Bactérias e Archaeas têm uma excepcional variedade de adaptações que os permitem sobreviver e crescer em ambientes que outros não toleram.

33 Distribuição e Abundância Quadro 3. Classes térmicas de organismos e relação da temperatura com as taxas de crescimento. As temperaturas ótimas de cada classe de organismo encontram-se exemplificadas no gráfico.

34 Distribuição e Abundância Quadro 4. Efeito da concentração do íon Na no crescimento de microrganismos com diferentes tolerâncias ou necessidades de sal. A concentração ótima de NaCl pode chegar a 30%. Muitas bactérias de solo podem tolerar ph < 5,0; Actinomicetos predominam em solos alcalinos.

35 Transformações de Nutrientes» Transformações de Nutrientes Mediadas por Bactérias e Archaeas A velocidade de decomposição maior em condições aeróbicas -> maior eficiência energética A fermentação pode ser desejável em certas circunstâncias: estabilização da matéria orgânica e redução no número de patógenos em biosólidos

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