MORFOLOGIA E ULTRAESTRUTURA DE MICRO-ORGANISMOS Prof.ª Daniele Ruela Mendes 1
Objetivos da aula Comparar e diferenciar a estrutura celular geral dos procariotos e eucariotos Identificar e diferenciar os organismos procarióticos: eubactérias e arqueias Identificar as formas e arranjos celulares mais comuns em bactérias Descrever a estrutura e a função de componentes celulares Comparar e diferenciar as paredes celulares das bactérias gram-positivas, gram-negativas, micoplasmas e arqueias 2
Organização da aula Diferenças entre procariotos e eucariotos A célula procariótica Tamanho, forma e arranjo de células bacterianas Estruturas externas à parede celular A parede celular Estruturas internas à parede celular A célula eucariótica 3
Procariotos x Eucariotos Quimicamente similares Ambos possuem ácidos nucleicos, proteínas, lipídios e carboidratos Utilizam os mesmos tipos de reações químicas para metabolizar o alimento, construir proteínas e estocar energia Que características os diferem? 4
Principais diferenças de procariotos e eucariotos Procariotos (gr. pré-núcleo) DNA não envolvido por membrana Ausência de organelas com membrana Parede celular quimicamente complexa (peptideoglicano ou substância similar) Divisão por fissão binária Eucariotos (gr. núcleo verdadeiro) DNA encontrado no núcleo (separado do citoplasma por membrana) Presença de organelas com membrana Parede celular quimicamente simples (quando presente) Divisão envolve mitose 5
Organização da aula Diferenças entre procariotos e eucariotos A célula procariótica Tamanho, forma e arranjo de células bacterianas Estruturas externas à parede celular A parede celular Estruturas internas à parede celular A célula eucariótica 6
Os procariotos Bactérias ou eubactérias (Bacteria) Parede celular contendo peptideoglicano Arqueias ou arqueobactérias (Archaea) Parede celular, se presente, não contém peptideoglicano 7
Tamanho de células procarióticas Diâmetro: 0,2 a 2 µm Comprimento: 2 a 8 µm 1 µm = 0,001 mm 1 m 8
Formas de células procarióticas 9
Arranjos de células procarióticas Cocos Quando os cocos se dividem para se reproduzir, as células podem permanecer ligadas umas as outras 10
Arranjos de células procarióticas Bacilos - se dividem somente ao longo de seu eixo curto Bacilo = forma Bacillus = gênero bacteriano Ex: Bacillus anthracis 11
Formas espiraladas As bactérias espirais possuem uma ou mais curvaturas Rígido Flexível 12
Haloarcula > arqueia Outras formas de células procarióticas 13
Organização da aula Diferenças entre procariotos e eucariotos A célula procariótica Tamanho, forma e arranjo de células bacterianas Estruturas externas à parede celular A parede celular Estruturas internas à parede celular A célula eucariótica 14
A célula procariótica 15
Estruturas externas à parede celular Glicocálice Flagelos Filamentos axiais Fímbrias Pili (singular: pilus) 16
Glicocálice (= revestimento de açúcar) Material viscoso e gelatinoso secretado pela célula Situado externamente à parede celular Composto de polissacarídeo, polipeptídeo ou ambos Funções: Adesão Proteção contra fagocitose Proteção contra desidratação Reserva de nutrientes Cápsula Substância é organizada e firmemente aderida à parede Camada limosa Substância desorganizada e fracamente aderida à parede 17
Cápsula bacteriana Pode contribuir para a virulência bacteriana (medida do grau com que um patógeno causa doença) Protege as bactérias patogênicas da fagocitose pelas células do hospedeiro Streptococcus pneumoniae agente causador da pneumonia Bacillus anthracis causador do antraz 18
Flagelos Longos apêndices filamentosos que propelem as bactérias Compostos por 3 partes Filamento (composto por flagelina) Gancho Corpo basal ancora o flagelo a parede celular e a membrana plasmática 19
Arranjos de flagelos bacterianos 20
Flagelos O flagelo procariótico é uma estrutura helicoidal semirrígida Mover a célula pela rotação do corpo basal. Motilidade em bactéria Permite ir em direção de ambiente favorável ou fugir de ambiente desfavorável Estímulos que direcionam movimento (taxia): Químico: quimiotaxia (ph, salinidade, nutriente) (+) atraente, (-) repelente Luz: fototaxia 21
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Filamentos axiais Também chamado de endoflagelo Feixe de fibras em espiral nas extremidades da célula por baixo de uma bainha Presentes em espiroquetas Treponema palidum > agente causal da sífilis movam-se efetivamente através dos fluidos corporais Movimento similar ao de sacarolha 23
Fímbrias Apêndices em forma de pelos Podem ocorrer nos polos ou em toda a superfície da célula Função > aderência Envolvidas na formação de biofilmes Neisseria gonorrhoeae - agente causador da gonorreia Colonizam as membranas mucosas do trato genital 24
Pilus Plural: pili Apêndices em forma de pelo normalmente mais longos que as fímbrias Apenas 1 ou 2 por célula Função Transferência de DNA (conjugação) de uma bactéria doadora para uma receptora DNA compartilhado pode adicionar uma nova função à célula receptora Motilidade Célula F + 25
Organização da aula Diferenças entre procariotos e eucariotos A célula procariótica Tamanho, forma e arranjo de células bacterianas Estruturas externas à parede celular A parede celular Estruturas internas à parede celular A célula eucariótica 26
A parede celular Estrutura semirrígida responsável pela forma da célula Principal função > proteção contra lise osmótica 27
A parede celular bacteriana Composta de peptideoglicano (sozinho ou em combinação com outros compostos) Consiste em dissacarídeo repetitivo ligado por polipeptídios - formar uma rede que circunda e protege a célula 28
Estrutura da peptideoglicana 29
A parede celular bacteriana Diferenças na composição separam bactérias em 2 grupos: Gram-positivas parede celular consiste em muitas camadas de peptideoglicana, formando uma estrutura espessa e rígida contém ácidos teicoicos Gram-negativas contém uma ou poucas camadas de peptideoglicana e uma membrana externa 30
Parede celular de bactérias gram-positivas 31
Parede celular de bactérias gram-negativas Membrana externa fornece uma barreira para certos antibioticos (p. ex., penicilina), enzimas digestivas como a lisozima, detergentes, metais pesados, sais biliares e certos corantes. 32
Dano à parede celular As substâncias químicas que danificam a parede celular bacteriana ou interferem em sua síntese frequentemente não danificam as células de um hospedeiro animal A parede celular bacteriana é composta de substâncias diferentes daquelas presentes nas células eucarióticas A parede celular é o alvo de algumas drogas antimicrobianas Lisozima enzima digestiva encontrada como constituinte da lágrima, muco e saliva Penicilina atua sobre as ligações cruzadas peptídicas 33
Paredes celulares atípicas Mycoplasma Não possuem parede celular Esteróis na membrana plasmática > proteção contra lise Arqueias Parede celular composta de polissacarídeos e proteínas, mas não peptideoglicano Parede com pseudomureína (semelhante a peptideoglicano) Geralmente não podem ser coradas pela coloração de Gram (aparecem como gramnegativa porque não possuem peptideoglicano) 34
Organização da aula Diferenças entre procariotos e eucariotos A célula procariótica Tamanho, forma e arranjo de células bacterianas Estruturas externas à parede celular A parede celular Estruturas internas à parede celular A célula eucariótica 35
Membrana plasmática procariótica Menos rígidas que membranas de eucariotos, pois não possuem esteróis Exceção: Mycoplasma 36
Funções da membrana plasmática Permeabilidade seletiva Atravessam: água, O 2, CO 2 e alguns açúcares simples Não atravessam: moléculas grandes, como proteínas Abriga enzimas envolvidas na metabolização de nutrientes Processos de geração de energia em procariotos Fotossíntese Respiração celular 37
Citoplasma Composto por 80% de água e proteínas, carboidratos, lipídeos, íons inorgânicos e compostos de baixo peso molecular Principais estruturas no citoplasma de procariotos Nucleoide - cromossomo bacteriano Plasmídeos - elementos genéticos extracromossômicos Ribossomos Inclusões (reservas de nutrientes) 38
Ribossomos procarióticos Dispersos no citoplasma Função: síntese proteica S: unidade Svedberg (coeficiente de sedimentação sob ultracentrifugação) Alvo de antibióticos (ex. estreptomicina e gentamicina fixam-se à subunidade 30S interferem na síntese proteica) 39
Inclusões citoplasmáticas Grânulos metacromáticos > reserva de fósforo Grânulos de polissacarídeo > glicogênio e amido Lipídios > poli-ß-hidroxibutirato Grânulos de enxofre > reserva de energia Magnetossomos > Fe 3 O 4 Vesículas de gás > flutuação em cianobactérias 40
Inclusões citoplasmáticas Depósitos de reserva Acumular certos nutrientes Grânulos metacromáticos - reserva de fósforo Grânulos de polissacarídeo - glicogênio e amido Lipídios - poli-ß-hidroxibutirato Magnetossomos - Fe 3 O 4 Vesículas de gás - flutuação em cianobactérias 41
Endósporos bacterianos Estrutura de resistência formada em condições desfavoráveis Exclusivo de bactérias Célula desidratada com parede celular espessa e camadas adicionais Altamente resistentes - sobrevivem a alta temperatura, falta de água e exposição a compostos tóxicos e radiação Podem resistir até 19 h em água fervente Endósporos encontrados no intestino de abelhas encapsuladas em âmbar de 25 a 40 milhões anos foram capazes de germinar em meio de cultura 42
Endósporo bacteriano Processo de formação 1 célula forma 1 endósporo > não é considerado como meio de reprodução 43
Organização da aula Diferenças entre procariotos e eucariotos A célula procariótica Tamanho, forma e arranjo de células bacterianas Estruturas externas à parede celular A parede celular Estruturas internas à parede celular A célula eucariótica 44
Os eucariotos Domínio Eukarya Fungos Algas Protozoários 45
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Estruturas comuns a procariotos e eucariotos Flagelos e cílios Procariotos: estrutura simples (flagelina), movimento rotatório Eucariotos: estrutura complexa (microtúbulos de tubulina), movimento ondulatório Parede celular Procariotos: estrutura complexa (peptideoglicano ou pseudomureína) Eucariotos: estrutura simples (celulose, quitina, etc.) ou ausente (protozoários) Glicocálice - em eucariotos está presente apenas em células que não possuem parede celular 47
Estruturas comuns a procariotos e eucariotos Membrana plasmática - membranas eucarióticas podem conter esteróis Citoplasma Em eucariotos existem microfilamentos e microtúbulos que formam o citoesqueleto > confere suporte e forma e auxilia no transporte de substâncias Muitas enzimas que são encontradas no citoplasma de procariotos estão em organelas nos eucariotos Ribossomos Eucarióticos são maiores e mais densos > 80S (subunidades 60S e 40S) 48
Estruturas exclusivas de eucariotos Núcleo Centrossomo Retículo endoplasmático Complexo de Golgi Lisossomos e peroxissomos Vacúolos Mitocôndrias Cloroplastos 49
Mitocôndrias Central de energia da célula Ciclo de Krebs > matriz Respiração celular > cristas 2 membranas Ribossomos 70S (igual ao de procariotos) Possuem seu próprio DNA e a maquinaria para sua replicação, transcrição e tradução 50
Cloroplastos Fotossíntese 2 membranas Ribossomos 70S (igual ao de procariotos) Possuem seu próprio DNA e a maquinaria para sua replicação, transcrição e tradução 51
Evidências da teoria endossimbiótica Semelhanças de mitocôndrias e cloroplastos com procariotos: Tamanho e forma DNA circular Ribossomos 70S Mitocôndrias e cloroplastos podem se reproduzir independentemente da célula hospedeira 2 membranas > 1 proveniente da célula engolfada e outra da célula maior 52
Organização da aula Diferenças entre procariotos e eucariotos A célula procariótica Tamanho, forma e arranjo de células bacterianas Estruturas externas à parede celular A parede celular Estruturas internas à parede celular A célula eucariótica 53
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Agora é com vocês... Leitura recomendada: Tortora, capítulo 4 > Anatomia funcional das células procarióticas e eucarióticas 55