CYANOBACTERIA CYANOBACTERIA?

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1 CYANOBACTERIA Aspectos Biológicos Qual a abordagem da aula de CYANOBACTERIA? Ecológicos Taxonômicos Importância Geral Saúde Pública

2 DOMÍNIO BACTERIA (Reino) EUBACTERIA (Filo) Cyanobacteria Cyanophyta - Cianófitas Algas Azuis ou azul-esverdeadas

3 CYANOBACTERIA CYANOBACTERIA CYANOBACTERIA CYANOBACTERIA CYANOBACTERIA CYANOBACTERIA CYANOBACTERIA CYANOBACTERIA Importância Importância Importância Importância Importância Importância Importância Importância Registros Registros Registros Registros Registros Registros Registros Registros fósseis fósseis fósseis fósseis fósseis fósseis fósseis fósseis de de de de de de de de 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 bilhões bilhões bilhões bilhões bilhões bilhões bilhões bilhões de de de de de de de de anos anos anos anos anos anos anos anos

4 .1.2 ORIGEM DOS OCEANOS E CONTINENTES PROCARIONTES Eucariontes Unicelulares 1,5 bilhões

5 Slide 4.1 De acordo com as teorias mais comumente aceitas entre os antropólogos actuais, o Homo sapiens teve origem nas savanas de África entre a anos atrás,[6] descendendo do Homo erectus, e teria colonizado a Eurásia e a Oceania há , colonizando as Américas apenas há anos.[7] A recente (2003) descoberta de outra subespécie diferente da atual Homo sapiens sapiens, o Homo sapiens idaltu, na África, reforça esta teoria, por representar um dos elos perdidos no conhecimento da nossa evolução..; 14/09/ O homem de Flores extinguiu-se há cerca de anos por causas desconhecidas. As várias hipóteses sugeridas incluem competição com o homem moderno ou uma violenta erupção vulcânica ocorrida na ilha há anos. Seja qual for o motivo, o homem de Flores foi aparentemente a última espécie do género Homo a extinguir-se, muito depois do Neanderthal desaparecido há anos..; 14/09/2009

6 Estromatolitos (Fósseis a 2 bi) Grego: stroma = camada e lithos = rochas. Carbonatos - cianobactérias - outros organismos Fim do précambriano Declínio rápido gastrópodes herbívoros (exceto locais hipersalinos)

7 ESTROMATÓLITOS (3,5 B.a.) = estruturas sedimentares de origem biogênica, construídas pelas bactérias cianofíceas lagoas hipersalinas em Shark Bay, na Austrália

8 Estromatólitos atuais Lagoa Salgada (RJ) Srivastava,N.K Lagoa Salgada, RJ - Estromatólitos recentes. In: Schobbenhaus,C.; Campos,D.A. ; Queiroz,E.T.;.; Winge,M.; Berbert-Born,M Born,M.L.C. (Edits.) Sítios Geológicos e Paleontológicos do Brasil. 1. ed. Brasilia: DNPM/CPRM - Comissão Brasileira de Sítios Geológicos e Paleobiológicos (SIGEP), v. 01:

9 CYANOBACTERIA Importância 3,5 bilhões de anos FOTOSSÍNTESE FOTOSSÍNTESE Primeiros a produzirem clorofila a Mais antigos organismos fotossintetizantes produtores de oxigênio

10 Cyanobacteria estabeleceram os primeiros ambientes aeróbicos Evolução dos primeiros seres aeróbios 2 H 2 O + CO 2 O 2 + CH 2 O + H 2 O

11 Ancestrais CYANOBACTERIA - Importância dos plastídeos: as organelas fotossintéticas das algas verdes e plantas atuais. Chlorophyta

12 Ocorrência Ecossistemas aquáticos 2800 morfoespécies, 150 gêneros Mares Epífitas Lagos e Rios Rios Lagos

13 Ocorrência Epífitas Epizóicas Solo Epilíticas

14 Ocorrência Habitats: Praticamente em todos os lugares Fontes Termais Fontes Termais Gelo Geisers

15 Associações mutualísticas Associações mutualisticas Nosto Fungi(Ascomycota) + Cyanobacteria (Nostoc) Líquens com apotécios

16 Dimensões 2800 morfoespécies, 150 gêneros Tamanho: microscópicas 20 µm Microscópio ótico 5 µm

17 Dimensões 2800 morfoespécies, 150 gêneros Tamanho: macroscópicas 1 cm 20 cm Olho nú

18 CYANOBACTERIA organismos PROCARIONTES

19 PROCARIONTES AUSÊNCIA DE Cloroplasto, carioteca, mitocôndrias, golgi, RE Microcystis Cyanothece Trichodesmium Dolichospermum(Anabaena) Prochloron

20 Não apresentam carioteca mas têm DNA e RNA POLISSACARÍDEOS Camada mucilaginosa Parede Celular MUREÍNA: peptidioglucano Plasmalema Tilacóides Ficobilissomos Amido de cinofíceas - grânulos Não têm cloroplastos mas apresentam pigmentos e tilacóides Não têm mitocôndrias mas têm enzimas do Ciclo de Krebs da cadeia respiratória Ribossomos Grânulos de cianoficina Aerótopos Carboxissomo Rubisco DNA Cianobactérias Cromoplasma e Centroplasma Plasmídios

21 Parede Celular Celular N-acetilmurâmico e a N-acetilglucosamina - Mureína Prochloron RV1 Synechocystis MS camada mucilaginosa; W1-W4 W4 camadas da parede celular (W2 peptideoglucano, W4 membrana externa lipoprotêica); CM membrana plasmática. Smarda et al. 1979)

22 Slide 20 RV1 As bactérias Gram-negativo apresentam uma parede estratificada constituída por uma membrana externa e por uma camada mais interna que contém peptidoglicano e que é mais fina que a das Gram-positivo. Deste modo, o precipitado insolúvel, que se forma por acção do mordente, é removido (camada de peptidoglicano é mais fina que a das Gram-positivo e a membrana externa é parcial ou totalmente solubilizada pelo agente descolorante), pelo que as células ficam descoloradas, corando de vermelho pelo contrastante. Desta forma, a diferente estrutura da parede bacteriana e, em particular a espessura da camada de peptidoglicano, é a responsável pelo diferente comportamento das bactérias face à coloração de Gram. O peptidoglicano é um heteropolímero rígido e insolúvel na água, constituído por cadeias lineares de dois açúcares aminados NAG (ácido n-acetilglucosamina) e NAM (ácido n-acetilmurâmico) ligados entre si por ligações glicosídicas. As cadeias lineares ligam-se entre si através de cadeias de quatro aminoácidos REVISOR; 18/09/2013

23 Muc Polissacarídeos L4 Lipoprotêicas L3 L2 - Peptideoglucanas L1 MP N-acetilmurâmico e a N-acetilglucosamina (N-acetilglucosamina ácido N-acetilmurâmico) Cianobactérias Gram - Coloração de Gram : cristal violeta Bactérias Gram +

24 Pigmentos fotossintetizantes CLOROFILA A (e B) TV2 Prochloron Clorofila a,, que em conjunto com a clorofila b,, é o pigmento fotossintético de maior eficiência na captação de energia luminosa. A clorofila a é o único pigmento fotossintético capaz de funcionar como centro de reacção do fotossistema II, no interior dos tilacóides, oxidando a água e produzindo O2 - convertendo a energia absorvida em compostos orgânicos.

25 Slide 22 TV2 As eubactérias apresentam apenas o Fotossistema I para oxidar o H2S (fotossíntese anaeróbica), e as cianobactérias, microalgas e vegetais superiores possuem o fotossistema I e o II. O fotossistema II permite utiliza a H2O para reduzir o CO2. Thelma; 19/12/2012

26 Pigmentos acessórios Ficobilinas ficobilissomos Parte externa do tilacóide Absorvem a luz em comprimentos de onda distintos da clorofila a. Não são capazes de transferir a energia da luz solar para a via fotossintética: devem passar a energia absorvida para a clorofila-a.

27 FICOBILISSOMOS Pigmentos acessórios ficoeritrina, ficocianina e aloficocianina Ampliam a capacidade de captura luminosa para fotossíntese - antena

28 A N T E N A Transferência de energia Ficoeritrina ( nm) Ficocianina ( nm) Aloficocianina ( nm) Clorofila a ( nm)

29 Cyanobacteria Características Gerais PROCARIONTES Clorofila A e B P.C. MUREÍNA Ficobilinas ausentes Tilacóides AGRUPADOS e vacúolo - não usuais no grupo

30 Prochloron PROCARIONTE CLOROFILA A e B NÃO POSSUEM FICOBILINAS Água salgada Simbiontes Ascidias - tropicais e subtropicais o C

31 Prochlorophyta??? ANCESTRAL DAS ALGAS VERDES E DOS CLOROPLASTOS DAS PLANTAS SUPERIORES??? BIOLOGIA MOLECULAR - RELACIONADAS COM AS PROTEINAS DE CIANOBACTÉRIAS EVOLUÇÃO INDEPENDENTE Água salgada Simbiontes Água doce Planctônicos Unicelulares e Filamentosos

32 Características Gerais Cyanobacteria Pigmentos Reserva Parede Celular Clorofila A e B Ficocianina Aloficocianina Ficoeritrina Ficobilinas Ausente em Próclorófitas!!? Amido de Cianofícias Glicogênio Alfa 1,4 Cianoficina (ausente?) MUREÍNA (peptídioglicano - N- acetilglucosamina e ácido N- acetilmurâmico) MUCILAGEM (polissacarídeos)

33 Reprodução Divisão celular bipartição mitose Esporos Endósporos Hormogonio Troca de plasmídeos - registrada

34 MOBILIDADE ROTAÇÃO OU DESLIZAMENTO CONDIÇÕES ÓTIMAS PARA FOTOSSÍNTESE OBTENÇÃO DE NUTRIENTES INORGÂNICOS

35 FLUTUAÇÃO- PROTEÇÃO- NUTRIENTES AERÓTOPOS (VESÍCULAS DE GÁS) CILINDROS OCOS PERMEÁVEIS CONTROLA M A MIGRAÇÃO NA COLUNA D ÁGUA BUSCA DE MELHORES CONDIÇÕES DE NUTRIENTES LUZ AERÓTOPOS

36 Fotossíntese anoxigênica 2H 2 S + CO 2 2S + H 2 O CH 2 O + DOADORES DE ELÉTRONS: GÁS SULFÍDRICO, GÁS HIDROGÊNIO, COMPOSTOS ORGÂNICOS e não liberam oxigênio. LOCAIS COM ANAEROBIOSE

37 Importância Econômica Fixação de Nitrogênio em campos de plantação de arroz (Azolla) Complexos Proteicos (Spirulina 60% do peso seco em proteínas) Complemento alimentar energético, ativa metabolismo, anti-stress, maior resistência

38 Importância Econômica Alimentação Proteinas mais de % Gorduras 0.28 % Fibras % Vitaminas A, B1, B2 Minerais; Calcium, Ferro Aminoácidos essenciais - Methionine, Lysine, Proline, Thyrosine, Alanine etc.

39 EUTROFIZAÇÃO - FLORAÇÕES

40 SÉRIOS PROBLEMAS PARA A SAÚDE PÚBLICA E AMBIEN POTABILIDADE QUALIDADE DOS AMBIENT AQUÁTICOS

41 Florações (blooms) Ambientes dulcícolas - águas doces

42 Caracterização 1.Organismos procariontes detalhes celulares Procariontes: ausência de sistema de membranas para material genético e pigmentos (sem plastos e sem núcleo, sem mitocôndrias) 2. Parede Celular MUREINA (bactérias) 3. Pigmentos fotossintetizantes: tilacóides - clorofila a,b, ficocianina, ficoeritrina, xantofilas,e carotenos 4. Substância de reserva semelhante ao glicogênio. 5. Reprodução somente assexuada. 6. Estratégias ecológicas - Mobilidade

43 Organização do Talo Unicelular e colonial (cocoides) Filamentosos

44 Principais grupos Komárek & Anagnostidis (1986, 1989, 1998; 2005), Anagnostidis & Komárek (1990) Ordem Organização do talo Exemplo Chroococcales unicelular ou colonial Oscillatoriales filamentoso homocitado Nostocales filamentoso heterocitado sem ramificações ou com ramificações falsas Stigonematales filamentoso heterocitado com ramificações verdadeiras

45 Organização do talo Ordem CHROOCOCCALES Unicelular Coloniais Synechococcus

46 Organização do talo Ordem CHROOCOCCALES Unicelular Coloniais Synechococcus Adição de nanquim

47 Talos Filamentosos - Definições TRICOMA= FILEIRA DE CÉLULAS. FILAMENTO= FILEIRA DE CÉLULAS ENVOLVIDA PELA BAINHA.

48 Talo Filamentoso homocitado Ordem OSCILLATORIALES Pseudanabaena catenata Oscilatoria Arthrospira sp

49 Talo filamentoso HETEROCITADO Células com morfologia diferente Acineto Aerótopos Heterócito Acineto célulade resistência reserva populações senescentes Todas as células tem capacidade de divisão

50 Heterocito 1. Capacidade de converter N 2 NH 4+ aminoácidos, proteínas 2. Processo que demanda energia- baixo nível de nitrogênio 3. Nitrogenase- inibida pelo O 2 4. Nitrogênio fixado: reserva cianoficina Glutamina (aac.)

51 Talo filamentoso heterocitado - Ordem Nostocales Sem ramificações. Planctônicos ou bentônicos. Polares e apolares Dolichospermum (Anabaena) Com falsas ramificações (sem mudança no plano de divisão celular). Bentônicos, subaéreos. Scytonema

52 Talos Filamentosos - Definições HETEROCITO = CÉLULA VEGETATIVA DIFERENCIADA, COM PAREDE ESPESSADA, PERDA DE PARTE DO CONTEÚDO E POROS NAS EXTREMIDADES. É O CENTRO DE FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO. ACINETO = CÉLULA VEGETATIVA DIFERENCIADA E AUMENTADA, PAREDE ESPESSADA, CONTEÚDO CELULAR DENSAMENTE GRANULADO. FUNCIONA COMO ESPORO DE RESISTÊNCIA. Aerotopos= vesículas de gás com importante função na flutuação.

53 FILAMENTO POLAR FILAMENTOS APOLARES

54 Talo filamentoso heterocitado Ordem Stigonematales Talos micro ou macroscópicos, uni ou multisseriados. Com ramificação verdadeira (mudança no plano de divisão celular) Bentônicos, subaerofíticos e terrestres. Stigonema

55 Talo filamentoso heterocitado Ordem Stigonematales Talos micro ou macroscópicos, uni ou multisseriados. Com ramificação verdadeira (mudança no plano de divisão celular) Bentônicos, subaerofíticos e terrestres. MUDANÇA NO PLANO DE DIVISÃO CELULAR

56 Sistema de classificação J. KOMÁREK & K. ANAGNOSTIDIS: 04 ORDENS Chroococcales (talo unicelular ou colonial; reprodução por divisão celular, baeocitos ou exósporos). Oscillatoriales (talo filamentoso homocitado; reprodução por hormogônios e hormocistos). Nostocales (talo filamentoso heterocitado, não ramificado ou com falsas ramificações;reprodução por hormogônios e hormocistos). Stigonematales (talo filamentoso heterocitado, com ramificações verdadeiras; reprodução por hormogônios e hormocistos).

57 Ficobilissomos: pequenas estruturas discóides dispostas sobre os tilacóides, que contém os pigmentos acessórios ficocianina, aloficocianina e ficoeritrina (pode estar ausente). Cianoficina: grânulos que contém aminoácidos (arginina e asparagina) e servem como reserva de proteínas Plasmídios: moléculas de DNA pequenas e circulares Carboxissomos: estruturas poligonais da célula que contém as enzimas Rubisco e anidrase carbônica, que fixa o CO 2 RuBisCO: Ribulose 1,5-bifosfato carboxilase-oxigenase oxigenase, enzima que cataliza a reação primária da fotossíntese, no escuro, que envolve a fixação do CO 2 em carboidratos. Anidrase carbônica: converte CO 2 em bicarbonato. Ribossomos: síntese de proteinas Mitocôndrias: respiração

58 Modelo de formação e crescimento de estromatólitos

59 Ocorrências de estromatólitos no Paraná Proterozóico Médio Proterozóico Superior Fonte: Mineropar

60 Fotos: Isabele Silva Estromatólitos (Fm. Capiru)