Archaea:

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Graduação em Biotecnologia Disciplina de
Biotecnologia Microbiana II
Archaea Bactérias pré-históricas?
Prof. Fabricio Rochedo Conceição fabricio.rochedo_at_
ufpel.edu.br
20 de março de 2012
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DEFINIÇÃO
Grupo heterogêneo de microrganismos
procarióticos que podem ser caracterizados, em
sua maioria, como habitantes de ambientes
inóspitos, geralmente crescendo em condições
consideradas até então como extremas e limítrofes
para a vida.
Lago hipersalino no Egito, rico em carbonato de
sódio. O pH destas águas encontra-se na faixa de
10, sendo habitado por archaea halófilas
extremas, tais como Halobacterium salinarum
Pilha de refugo da mineração de carvão, que
muitas vezes sofre auto-combustão. Hábitat da
archaea Thermoplasma
Antartida
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Literatura Científica
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HISTÓRICO

• Por volta da década de 70, vários organismos
  procarióticos foram isolados a partir de uma
  série de ambientes considerados inóspitos, quase
  que incompatíveis com a presença de seres vivos.
• Temperaturas elevadas (próximas a 100ºC)
• Extrema acidez ou alcalinidade (pH 2 e 10)
• Altas salinidades (até 32, 5,5 M NaCl)
• Salinidade média de oceanos é
  cerca de 3,5.
• Geralmente ausência completa de oxigênio
  (anaerobiose)

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ETIMOLOGIA
Estes ambientes inóspitos correspondem às
possíveis condições encontradas na Terra
primitiva Células primitivas, "fósseis vivos",
representando as formas de vida ancestrais das
bactérias modernas Por isso estes
microrganismos foram denominados "arqueobactérias"
?
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Carl Woese e colaboradores (1977) realizaram
estudos comparativos de sequências de rDNA 16S e
23S de diferentes organismos
FILOGENIA
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AO ANALISAR ESTA ÁRVORE FILOGENÉTICA, AS
ARQUEOBACTÉRIAS ...

• NÃO correspondem aos ancestrais das bactérias
  atuais, visto que sua possível origem ocorre
  quase que concomitantemente à origem das
  bactérias mais primitivas.
• OCUPAM uma posição intermediária entre Bacteria
  e Eucarya, sugerindo que são organismos
  diferentes de bactérias e de células
  eucarióticas.
• DE FATO, estudos genéticos e fisiológicos
  posteriores revelaram que tais organismos
  apresentam características de bactérias, de
  eucariotos, além de características exclusivas,
  não encontradas em qualquer outro domínio. Por
  esta razão, deixaram de ser denominadas
  "arqueobactérias", recebendo a denominação
  Archaea.

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• Enfim, as arqueas assemelham-se ao domínio
  Bacteria na sua organização estrutural e
  metabolismo, enquanto que o seu sistema de
  informação genética é mais parecido com o domínio
  Eukarya.

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DOMÍNIO ARCHAEA
HABITATS

• Ambientes inóspitos
• Ambientes aquáticos frios (podem corresponder a
  34 da biomassa procariótica das águas costeiras
  superficiais da Antártida)
• Sistema digestório do homem e outros animais
• Pântanos
• Aterros sanitários
• Tecidos vegetais
• Podem ser encontradas nos mais diversos
  ecossistemas. Não seria absurdo cogitar que no
  futuro sejam descobertas arqueas patogênicas para
  o homem e outros seres vivos.

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CLASSIFICAÇÃO FILOGENÉTICA
Três filos Crenarchaeota, Euryarchaeota e
Korarchaeota
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CLASSIFICAÇÃO PRÁTICA
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ARCHAEA
ESTRUTURA CELULAR

• Podem ser esféricas, bacilares, espiraladas,
  achatadas, quadradas, discóides e muitas vezes de
  morfologia irregular ou pleomórficas
• Suas dimensões são extremamente variáveis, de
  0,1 a 15 µm, com alguns filamentosos atingindo
  200 µm
• Características especiais, que permitem seu
  desenvolvimento em uma vasta gama de ambientes

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Parede celular - composição e estrutura
variáveis - ausência de peptoglicano - lisozima e
penicilina não atuam
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Membrana Citoplasmática composição química e
arranjo totalmente diferentes das membranas
citoplasmáticas de quase todas as eubactérias e
eucariotos.
Membrana Bacteria Archaea Eukarya
Conteúdo protéico alto alto baixo
Composição lipídica fosfolipídeos sulfolipídeos, glicolipídeos, hidrocarbonetos ramificados, isoprenoides, fosfolipídeos fosfolipídeos
Estrutura dos lipídeos cadeia linear cadeia ramificada cadeia linear
Ligação dos lipídeos éster CH2-OCOR éter (di e tetraeter) CH2-OR éster
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• Ligação éter
• Isoprenos ramificados
• Anéis de ciclopentano
• Aumenta estabilidade (resistência à hidrólise e
  elevadas temperaturas)

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• Enzimas termofílicas e termoestáveis
• Substituição de aa associados a conformação
  flexível (glicina, serina e alanina) por aa
  associados com rigidez (treonina, valina e
  prolina)
• Substituição de aa com grupamentos quimicamente
  ativos (cisteína, metionina e asparagina)
• Maior taxa de argininalisina, que promove
  interações polares fortes
• Imobilização dentro de uma matriz insolúvel

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Cromossomo único e circular como no domínio
Bacteria. Por outro lado, sua organização é
semelhante aos eucariotos, uma vez que o DNA está
associado à histonas. Superenrolamento positivo,
enquanto em eucariotos é negativo Presença
de íntrons em genes de RNA de hipertermófilos e
halófilos Hipertermófilas com conteúdo G C mais
elevado
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ARCHAEA
METABOLISMO
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• Via glicolítica ausente nas arqueas
• A glicose é catabolisada por uma via oxidativa
  simples
• O ciclo de Krebs é reduzido

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Estratégias de adaptação das arqueas aos
ambientes extremos
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ARCHAEA E BIOTECNOLOGIA

• Produção de energia (biogás e álcool)
• Produção de ácidos orgânicos, antibióticos, aa
• Tratamento de efluentes
• PCR
• Enzimas extremófilas, biocatálise industrial
• Polímeros biodegradáveis (PHB)
• Mineração (cobre, ouro, urânio)
• Plantas transgênicas (genes de halófilas) ...

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