10/12/2013 ESTRUTURA, MORFOLOGIA E REPRODUÇÃO DAS BACTÉRIAS IMPORTÂNCIA BACTÉRIAS

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1 CONCEITOS GERAIS UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS CURSO DE GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA DISCIPLINA: BIOQUÍMICA GERAL PROFESSORAS: Adriana Silva Lima e Márcia Aparecida Cezar ESTRUTURA, MORFOLOGIA E REPRODUÇÃO DAS BACTÉRIAS Bactérias: do grego bakteria que significa bastão Procariontes: Região nuclear sem membrana nuclear sem organelas membranosas Ribossomos IMPORTÂNCIA BACTÉRIAS Na produção de queijos, iogurtes e requeijão EX: Lactobacillus e Streptococcus Na fabricação de vinagre, bactérias transformam o etanol do vinho em ácido acético EX: Acetobacter Na produção de Ácido glutâmico, componente, substância utilizada em temperos EX: Corynebacterium Doenças : Tétano: Clostridium tetani Leptospirose: Leptospira Salmonelose: Salmonella spp Antraz: Baccillus anthracis Pneumonia: Streptococcus pneumoniae Produção de antibióticos e vitaminas EX: Streptomyces produz o antibiótico neomicina Bacillus anthracis Clostridium tetani 1

2 Doenças de plantas: Ex: Murcha do tomateiro: Ralstonia solanacearum Alface: Pseudomonas cichorii Citrus: Cancro cítrico Xanthomonas axonopodis CARACTERÍSTICAS: TAMANHO FORMA ARRANJO TAMANHO São microscópicas A maioria das bactérias varia de 0,2 a 2,0 µm de diâmetro e 2 a 8 µm de comprimento Um micron equivale a milésima parte do mm Tabela: Exemplos de largura e comprimento de espécies bacterianas 2

3 FORMA (Morfologia) Possuem algumas formas básicas Cocos (esféricos) Bacilos (bastonetes) Espiral Espiroqueta (espiral mais acentuada) Vibrião (forma de vírgula) ARRANJO Diplococos (em Pares 1 plano de divisão) Ex: Neisseria gonorrhoeae Estreptococos (1 plano de divisão) Ex: Streptococcus pyogenes Tetrades (2 planos de divisão) Ex.: Haffykia tetragena Sarcinas (3 planos de divisão) Ex.: Sarcina Estafilococos (3 planos de divisão) Ex. Staphylococcus aureus 3

4 Figura: microfotografia de cocos Figura: microfotografia de cocos e bacilos Bacillus anthracis Espiroqueta: Treponema pallidum (sífilis) 4

5 Microscopia óptica, corada pelo método de Gram, de cocos em um arranjo denominado estafilococos Microscopia óptica, corada pelo método de Gram, de cocos formando cadeias, um arranjo denominado estreptococos Microscopia óptica, corada pelo método de Gram, de bacilos arranjados dois a dois (diplobacilos). Bacilos a 1200X Microscopia óptica de fluorescência, de um organismo espiralado. Microscopia eletrônica de varredura das células apresentadas acima. Microscopia eletrônica de varredura das células apresentadas acima. Microscopia eletrônica de transmissão, de um bacilo em processo de divisão celular. Microscopia óptica, utilizando um procedimento de impreganção com sais de prata, revelando a bactéria causadora da sífilis, Treponema pallidum. ESTRUTURA DE UMA CÉLULA BACTERIANA Tabela: Estruturas fundamentais e acessórias de uma célula bacteriana FUNDAMENTAIS ACESSÓRIAS Micrografias eletrônicas colorizadas de diferentes bactérias. No sentido horário: Enterococcus (cocos ovalados), Francisella (bacilos pequenos, com a região central abaulada), Fusobacterium (longos bacilos, geralmente com extremidades mais afiladas) e Neisseria gonorrhoeae (diplococos em forma de rins). Parede celular Membrana citoplasmática Mesossoma Ribossomo Genoma Flagelo Pili ou fímbrias Cápsula ou Glicocálice Plasmídeo Endosporo Parede celular Funções Manutenção da forma bacteriana confere resistência contra a pressão osmótica 5

6 Parede celular (cont.) É uma estrutura rígida, protege a membrana citoplasmática Constituída: ÁCIDO DIAMINOPIMÉRICO (DPA) ÁCIDO TEICÓICO CARBOIDRATOS LIPÍDEOS Composição química:usada para diferenciar os principais tipos de bactérias Parede celular Composição química PEPTIDEOGLICANA (MUREÍNA) Dissacarídeo repetitivo unido por polipeptídeos para formar uma rede que circunda e protege toda a célula Formada de: monossacarídeos NAG: N-acetilglicoamina NAM: ácido-acetilmurâmico Classificação em 2 grandes Grupos: Método de Coloração de Gram (Bacteriologista dinamarquês Hans Christian Gram) Gram positivas: roxo Gram negativas: vermelho Parede celular das bactérias Gram positivas Peptidoglicano (espesso, muitas camadas) Ácidos teicóicos: Está ligado à camada de peptideoglicana Ácidos lipoteicóicos: Atravessa a camada de peptideoglicana e está ligado à membrana plasmática Proteínas PAREDE CELULAR DA BACTÉRIA GRAM POSITIVA Parede celular: método de Gram Bactéria gram-positiva Esquema de bactéria com parte da célula removida. Parede celular formada por camada espessa de peptidoglicano Membrana plasmática Esquema de parte da parede celular e da membrana plasmática de bactéria gram-positiva. 6

7 Parede celular 10/12/2013 Parede celular das bactérias Gram negativas Peptidoglicano (1 ou poucas camadas) Não contém ácidos teicóicos Membrana externa Fosfolipídeos Proteínas Lipopolissacarídeos Lipoproteínas Porinas FUNÇÃO: barreira par certos antibióticos, enzimas PAREDE CELULAR DA BACTÉRIA GRAM NEGATIVA Parede celular: método de Gram Bactéria gram-negativa Esquema de bactéria com parte da célula removida. Fosfolipídios LipopolissacarídeoCamada lipoprotéica externa, espessa, Proteína semelhante à membrana plasmática, com lipopolissacarídeos Camada de peptidoglicano Lipoproteínas Membrana plasmática Esquema de parte da parede celular e da membrana plasmática de bactéria gram-negativa. Teste de Gram Estruturas externas à Parede celular: Cápsula ou Glicocálice Flagelos Filamentos Axiais Fímbrias Bacillus subtilis Escherichia coli Pili 7

8 Cápsula ou Glicocálice Revestimento de açúcar Composição: Polissacarído, Polipeptídeo Função: Pode ser usada como alimento de reserva permite a fixação da bactéria a várias superfícies Impede a fagocitose pelas células do Hospedeiro em bactérias patogênicas Flagelos Responsáveis pela motilidade em meio líquido Constituição: Proteína fibrosa (Flagelina) Métodos pelo qual os flagelos movimentam a célula bacteriana: Cadeias protéicas se contraem e relaxam alternativamente produzindo movimento ondulatório Mecanismo rotatório, a partir de uma extremidade fixa, de uma hélice relativamente rígida As células bacterianas possuem 4 arranjos de flagelos: Monotríquio As células bacterianas possuem 4 arranjos de flagelos: Monotríquio Lofotríquio Anfitríquio Peritríquio As células bacterianas possuem 4 arranjos de flagelos: Lofotríquio As células bacterianas possuem 4 arranjos de flagelos: Anfitríquio 8

9 As células bacterianas possuem 4 arranjos de flagelos: Peritríquio Bactéria monotríquia Bactéria anfitríquia Bactéria lofotríquia Bactéria peritríquia FLAGELO apresenta três partes: FILAMENTO GANCHO CORPO BASAL Ancora o flagelo à parede celular e à membrana plasmática A rotação de um flagelo: Sentido horário Sentido anti-horário A medida que os flagelos rotam formam um feixe que empurra o líquido circundante e propele a bactéria. A célula bacteriana pode alterar a velocidade e a direção de rotação dos flagelos Corrida ou nado Desvios Taxia Bactérias móveis: Contém receptores em vários locais (dentro ou logo abaixo da parede celular) Em resposta ao estímulo, a informação é passada ao flagelo atraente repelente Quando a bactéria se move em uma direção: nado ou corrida Desvio: quando as corridas são interrompidas causados por inversão da rotação flagelar 9

10 Fímbrias Presentes em muitas bactérias G- Apêndices filamentosos semelhantes a pêlos Podem ser encontrados em sp móveis e imóveis Constituição: proteína Pilina Função: fixação, aderência a célula bacteriana a outras superfícies Pili Outro tipo de apêndice, mais longo que as fímbrias, pilus F ou fímbria sexual Encontrado em menor número na célula Função: Une-se à célula bacteriana para a transferência de DNA de uma célula para a outra no processo de conjugação 10

11 Estruturas internas à Parede celular: Membrana plasmática Citoplasma Área Nuclear Ribossomos Inclusões Citoplasmáticas Grânulos Metacromáticos Grânulos Polissacarídicos Inclusões Lipídicas Grânulos de Enxofre Carboxissomos Vacúolos de gás Magnetossomos Endosporos Célula bacteriana Enzimas relacionadas com a respiração, ligadas à face interna da membrana plasmática Citoplasma Mesossomo Ribossomos Flagelo Membrana plasmática Parede celular Cápsula Plasmídeos Nucleóide DNA associado ao mesossomo Fímbrias Membrana Plasmática -Fina membrana situada no interior da Parede celular, revestindo o Citoplasma -Constituição: -Fosfolipídeos e proteínas Função: Semipermeável Seletiva Controla a passagem de nutrientes e produtos de excreção Retém o que é necessário e descarta o que é indesejável à manutenção da vida Citoplasma Substância da célula localizada no interior ma membrana plasmática Composição: Cerca de 80% água Proteínas Enzimas Carboidratos Íons inorgânicos Compostos de peso molecular muito baixo Aparência: Espessa, aquosa, elástico e semitransparente 11

12 Área Nuclear - Nucleóide Encontra-se o Cromossomo bacteriano: Contém uma única molécula longa, contínua, de forma circular de DNA de fita dupla Carrega todas as informações genéticas necessárias para as estruturas e funções celulares Plasmídeos: pequenas moléculas de Dna circular, extracromossômico, que não estão conectados ao cromossomo principal Ribossomos Locais de Síntese Protéica: As células com Alta síntese protéica possuem grande n. de ribossomos Constituição: 2 unidades Proteína RNA ribossômico rrna Importância Ribossomo 16 S: Estudos de filogenia e classificação dos microrganismos Inclusões Citoplasmáticas Inclusões Citoplasmáticas (cont.) Vários tipos de depósitos de reserva: Macromoléculas; Grânulos Metacromáticos; Grânulos Polissacarídeos; Vários tipos de depósitos de reserva: Macromoléculas concentradas nas inclusões evitam o aumento da pressão osmótica que ocorreria se estivessem dispersas no citoplasma Inclusões Lipídicas; Inclusões Citoplasmáticas (cont.) Grânulos Metacromáticos: apresentam metafosfatos e polifosfatos que podem ser usados na síntese de ATP Grânulos Polissacarídeos: compostos por amido e glicogênio Inclusões Citoplasmáticas (cont.) Grânulos de Enxofre: Obtêm energia para metabolismo através de compostos de Enxofre Carboxissomos: Contêm enzima ribulose, utilizada na fixação de CO2 Inclusões Lipídicas: Armazenamento de lipídeos 12

13 Inclusões Citoplasmáticas Grânulos de Enxofre: Obtêm energia para metabolismo através de compostos de Enxofre Inclusões Citoplasmáticas Vacúolos de Gás: Cavidades ocas, cilindros recobertos por proteínas Faz com que a célula permaneça na profundidade adequada Carboxissomos: Contêm enzima ribulose, utilizada na fixação de CO2 Magnetossomos: Inclusões de Óxido de Ferro Mover a bactéria para baixo até atingir um local de fixação aceitável. Inclusões Citoplasmáticas (cont.) Endosporos: Estrutura de resistência presente em bactérias esporogênicas Generos: Bacillus e Clostridium Células desidratadas Altamente duráveis com paredes espessas Extremamente resistentes ao calor Por que ocorre a esporulação??? Quando algum nutriente chave se esgota, ocorre a produção do esporo Reprodução Bacteriana Reprodução assexuada Não há troca de material genético Divisão binária ou cissiparidade Esporos bacterianos Reprodução sexuada Há troca de material genético. Conjugação / cópia de plasmídeo Transformação / moléculas material genético do meio Transdução / trocas de genes vírus 13

14 Reprodução Assexuada Divisão binária, bipartição ou cissiparidade Este tipo de reprodução é o processo em que uma célula se divide em duas, por mitose, e origina duas células geneticamente idênticas. Reprodução Bacteriana O crescimento bacteriano é considerado o aumento do número de indivíduos e não o aumento de tamanho de uma determinada célula É o tipo mais comum e freqüente de reprodução de bactérias. Normalmente as bactérias se reproduzem por FISSÃO BINÁRIA Fissão Binária Parede celular Membrana plasmática Duplicação do DNA Molécula de DNA Separação das células Alongamento da célula Início da divisão da parede e da membrana celular Formação das paredes em torno da região contendo o DNA Separação das células 14

15 REPRODUÇÃO SEXUADA Conjugação: bactéria doadora envia parte do seu DNA para uma receptora. Essa se divide e origina bactérias diferentes. Conjugação Plasmídeo DNA bacteriano Célula macho Ponte citoplasmática Célula fêmea Célula macho Separação das células Célula macho Transformação Molécula de DNA circular Lise celular Célula bacteriana Célula transformada Quebra do DNA Fragmentos de DNA doador Célula bacteriana Fragmentos de DNA ligam-se à superfície da célula receptora. O fragmento de DNA é incorporado à célula receptora. O fragmento de DNA é integrado ao cromossomo da célula receptora. Fago Transdução O DNA de um fago penetra na célula de uma bactéria. Genes de outra bactéria são introduzidos e integrados ao DNA da bactéria hospedeira. O DNA do fago integra-se ao DNA da bactéria como um profago. O fago infecta nova bactéria. Quando o profago inicia o ciclo lítico, o DNA da bactéria é degradado e novos fagos pode conter algum trecho do DNA da bactéria. DNA do fago com genes da bactéria A célula bacteriana se rompe e libera muitos fagos, que podem infectar outras células. 15

16 IMPORTANTE Um processo de divisão celular origina duas (2) células que gerarão quatro (4) células, assim sucessivamente Tempo de geração: é o tempo necessário para uma célula se dividir e sua população dobrar de tamanho *** não é igual para todas as bactérias e varia de acordo com as condições ambientais T C -E. coli tempo de geração: min -A maioria: 1-3 h -Outras: + de 24 h Crescimento é exponencial: Utiliza Representação Logarítmica Como o número de células DUPLICA-SE a cada geração, a população total aumenta com a potência de 2 Fases do Crescimento: Uma curva de crescimento bacteriano demonstra o crescimento das células durante uma período de tempo. 4 fases de crescimento : Fase Lag Fase Log (Fase logarítmica) Fase Estacionária Fase de morte celular 16

17 Fase Lag Fase Log Durante um certo período de tempo, o número de células sofre pequenas variações Neste período ocorre ausência de divisão celular (1 hora a dias) As células estão em estado de latência A população está passando por um período de intensa atividade metabólica, principalmente síntese de enzimas e moléculas variadas A partir de um determinado momento as células iniciam seu processo de divisão e entram no período de crescimento ou aumento logarítmico A reprodução encontra-se extremamente ativa e o tempo de geração atinge um valor constante Período onde há maior atividade metabólica Entretanto: microrganismos estão sensíveis à mudanças ambientais Fase Estacionária Em um determinado momento a velocidade de crescimento começa a diminuir por diversos fatores: nutrientes, produtos de degradação, mudanças ph) e a população se torna ESTÁVEL Fase de Morte Celular O número de células mortas MAIOR o número de células novas MENOR diminuindo o n de células viáveis Aumenta a taxa de morte da população podendo alcançar um valor constante máximo Depois da morte da maioria das células, há uma queda drástica na taxa de morte. 17