Procariotos: Estrutura e fun

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Procariotos Estrutura e função

• Microbiologia Geral
• MIP 7013
• Prof. Admir J. Giachini

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1. Introdução
Origem 3,8 a 3,5 bilhões de anos (condições
anoxigênicas)
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1. Introdução
Com base em comparações de sequências do rRNA
(16S, 23S) Três Domínios (Super-reinos)
Bacteria Archae Eucarya
(Woese, 1977)
Procariotos
Madigan et al., 2004
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Propriedade Procariotos Eucariotos
Domínios Bacteria e Archae Eukarya algas, fungos, protozoários, plantas e animais
Estrutura e função do núcleo
Membrana nuclear ausente presente
DNA Molécula única, sem histonas, plasmídeos freqüentes Presente em vários cromossomos, geralmente com histonas
Divisão Sem mitose Mitose, aparelho mitótico com fuso microtubular
Reprodução sexuada Processo fragmentário, sem meiose, apenas porções são montadas Processo regular, ocorrência de meiose, remontagem do genoma inteiro
Estrutura e organização do citoplasma
Membrana citoplasmática Geralmente sem esteróis Esteróis geralmente presentes
Membranas internas Relativamente simples, restritas a poucos grupos Complexas, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi
Ribossomos 70 S 80 S, exceto para os ribossomos, mitocôndrias e cloroplastos (70S)
Organelas membranosas Ausentes Várias
Sistema respiratório Parte da membrana citoplasmática Nas mitocôndrias
Pigmentos fotossintetizantes Na membrana interna de clorossomas, cloroplastos ausentes Em cloroplastos
Parede celular Presente (maioria), composta de peptidoglicano, outros polissacarídeos, proteínas e glicoproteínas Presente em plantas, algas e fungos ausente nos animais, na maioria dos protozoários geralmente polissacarídica
Formas de motilidade
Movimento flagelar Flagelos de dimensões sub- microscópicas, cada um composto de uma fibra de dimensão molecular rotação Flagelos ou cílios dimensões microscópicas compostos de microtúbulos sem rotação
Movimento não flagelar Deslizamento ou através das vesículas de gás Correntes citoplasmáticas e movimento amebóide deslizante
Microtúbulos ausentes Comuns, presentes em flagelos, cílios, corpos basais, fuso mitótico, centríolos
Tamanho Geralmente menores que 2 ?m de diâmetro Geralmente 2 a mais de 100 ?m de diâmetro
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Célula procariótica x eucariótica
Celula eucariótica
Celula procariótica
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Tamanho da célula procariótica
Unidade de medida ?m (micrômetro) 1 ?m 0,001
mm (1/1000) ou 1000 ?m 1 mm Tamanho variável
0,15 ?m 50 ?m (0,0015 mm 0,05 mm)
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Tamanho da célula procariótica
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ou 0,2 mm
ou 0,0002 mm
0,00009 mm
ou 0,00006 mm
0,0002 mm
0,00002 mm
0,0015 mm
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Tamanho da célula procariótica
O pequeno tamanho dos procariotos comparado ao
dos eucariotos contribui para muitas
características desses organismos
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Relação superfície/volume
Madigan et al., 2010
Nutrientes e dejetos são transportados para
dentro e fora da célula via membrana
citoplasmática. A velocidade desse transporte
determina a velocidade metabólica e, portanto, a
velocidade de crescimento das células Quanto
menor o tamanho, maior é a relação entre a área
superficial da membrana em relação ao volume e,
portanto, maior é o potencial de crescimento.
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2. Morfologia dos procariotos

• Forma da célula a forma segue a função
• cocos
• bacilos
• vibriões
• espirilos
• espiroquetas
• filamentosas
• pedunculadas
• Arranjos

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Morfologia dos procariotos
Vibrião

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Morfologia dos procariotos

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Morfologia dos procariotos

Mixobactérias
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2. Morfologia dos procariotos

• Arranjos
• agrupamentos de indivíduos após a divisão
• seguem um padrão uniforme
• significado para a identificação

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Morfologia dos procariotos arranjos
Arranjos de cocos

Arranjos de bacilos
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Morfologia dos procariotos arranjos

Deinococcus
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3. Estrutura da célula procariótica
3.1. Parede celular Concentração de solutos
dissolvidos alta pressão de turgor (E. coli ?
2 atm.) Para conter essa pressão parede
celular Envoltório rígido, que é responsável
pela forma da célula 3.1.1. Domínio Bacteria a)
componente principal peptideoglicano (gt 100
tipos) açúcares aminados N-acetilglicosamin
a Ácido N-acetilmurâmico aminoácidos
(formas D e L) tetrapeptídeos
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Estrutura da célula procariótica
Tetrapeptídeo glicano
Madigan et al., 2010
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Estrutura da célula procariótica
Madigan et al., 2010
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3. Estrutura da célula procariótica
b) De acordo com suas respostas à coloração de
Gram, as bactérias se dividem em 2 grupos
Gram positivas 90 da parede formados de
peptideoglicano (até 20 camadas) 30-60 nm (1 nm
10-6 mm) Gram negativas 10 de
peptideoglicano (1-2 camadas) 2-3 nm
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3. Estrutura da célula procariótica
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A coloração de Gram
Gram positiva
Gram negativa
Fixação
Cristal violeta
Tratamento com lugol
Álcool - acetona
Corante de contraste safranina
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3. Estrutura da célula procariótica
c) ácidos teicóicos em Gram positivas (grego
theicos parede) poliálcoois contendo -
resíduos de ribitol fosfato ou glicerofosfato
- açúcares e aminoácidos ligados
(polissacarídeos ácidos) presentes na maioria
das bactérias Gram-positivas conferem à
célula sua carga negativa atuam na ligação
Ca2 e Mg2 envolvidos no transporte
lipoteicóicos ligados a lipídeos de membrana
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Estrutura da célula procariótica Parede de Gram
positivas
Ácido teicóico
Madigan et al., 2010
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3. Estrutura da célula procariótica
d) membrana externa de bactérias Gram negativas
(camada LPS ou lipopolissacarídica), camada
dupla, composta de fosfolipídeos proteínas
(porinas) lipídeos (ác. graxos dissacarídeo
N-acetilglicosamina) polissacarídeos
lipoproteínas (âncoras)
Madigan et al., 2004
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Estrutura da célula procariótica Parede de Gram
negativas
Enzimas hidrolíticas, proteínas de ligação,
quimiorreceptores
Madigan et al., 2004
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3. Estrutura da célula procariótica
3.1.2. Domínio Archaea paredes de composição
variável sem peptideoglicano algumas são
Gram, outras Gram- a) Metanogênicas
pseudopeptideoglicano polissacarídeos
(Methanosarcina) b) Halofílicas Halococcus
polissacarídeo sulfatado Halobacterium
glicoproteínas com cargas negativas c) Outras
metanogênicas Methanococcus e Methanospirillum
proteínas d) Hipertermofílicas proteínas ou
glicoproteínas Sulfolobus glicoproteínas
(paredes estáveis em detergente em
ebulição!!) Pyrodictium glicoproteínas (113ºC)
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Pseudopeptideoglicano em algumas
Archaea metanogênicas PSEUDOMUREÍNA
PEPTIDEOGLICANO
aa estereoisômeros L
N-acetilglicosamina
N-acetilalosaminurônico
Madigan et al., 2010
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3. Estrutura da célula procariótica
3.1.2. Domínio Archaea paredes de composição
variável sem peptidoglicano algumas são
Gram, outras Gram- a) Metanogênicas
pseudopeptidoglicano polissacarídeos
(Methanosarcina) b) Halofílicas (afinidade por
sal) Halococcus polissacarídeo sulfatado
(SO42-) Halobacterium glicoproteínas com
cargas negativas c) Outras metanogênicas Methano
coccus e Methanospirillum proteínas d)
Hipertermofílicas proteínas ou glicoproteínas
Sulfolobus glicoproteínas (paredes estáveis em
detergente em ebulição!!) Pyrodictium
glicoproteínas (113ºC)
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3. Estrutura da célula procariótica
3.2. Membrana plasmática barreira física,
vital para a células espessura aproximada de 8
nm composição química 3.2.1. Domínio
Bacteria bicamada composta de
fosfolipídeos (glicerol ácidos graxos Pi)
proteínas transmembranares hopanóides (?
esteróis, resistência) em algumas espécies
menos rígida que em eucariotos 3.2.2. Domínio
Archaea composição variável lipídeos únicos
na natureza (marcadores de diferenças
evolucionárias) ligações éter entre o
glicerol e as cadeias hidrofóbicas
hidrocarbonetos (isopreno) podendo
existir - diéter lipídios - tetraéter
lipídios - mista
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3. Estrutura da célula procariótica
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Madigan et al., 2010
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3. Estrutura da célula procariótica
3.2. Membrana plasmática barreira física,
vital para a células espessura aproximada de 8
nm composição química 3.2.1. Domínio
Bacteria bicamada composta de
fosfolipídeos (glicerol ácidos graxos Pi)
proteínas transmembranares hopanóides (?
esteróis, resistência) em algumas espécies
menos rígida que em eucariotos 3.2.2. Domínio
Archaea composição variável lipídeos únicos
na natureza (marcadores de diferenças
evolucionárias) ligações éter entre o
glicerol e as cadeias hidrofóbicas
hidrocarbonetos (isopreno) podendo
existir - diéter lipídios - tetraéter
lipídios - mista
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Hopanoide C30
(a) Estrutura geral de um esterol. (b) estrutura
do colesterol (c) estrutura de um hopanóide
diplopteno
Madigan et al., 2010
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3. Estrutura da célula procariótica
3.2. Membrana plasmática barreira física,
vital para a células espessura aproximada de 8
nm composição química 3.2.1. Domínio
Bacteria bicamada composta de
fosfolipídeos (glicerol ácidos graxos Pi)
proteínas transmembranares hopanóides (?
esteróis, resistência) em algumas espécies
menos rígida que em eucariotos 3.2.2. Domínio
Archaea composição variável lipídeos únicos
na natureza (marcadores de diferenças
evolucionárias) ligações éter entre o
glicerol e as cadeias hidrofóbicas
hidrocarbonetos (isopreno) podendo
existir - diéter lipídios - tetraéter
lipídios - mista
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Comparação entre os lipídeos de Archaea e
Bacteria
Madigan et al., 2004
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Comparação entre os lipídeos de Archaea e
Bacteria
Madigan et al., 2004
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3. Estrutura da célula procariótica
3.2.3. Funções da membrana a) permeabilidade
permeável à água e a substâncias de baixo PM
solúveis em gorduras (ácidos graxos, álcool,
benzeno) não permeável a moléculas com cargas
aminoácidos, ácidos orgânicos, sais, H
( H3O) b) transporte importância para os
procariotos proteínas de transporte contra
um gradiente de concentração alta
especificidade c) produção de energia sítio de
geração e utilização da força próton motiva
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3. Estrutura da célula procariótica
3.2.3. Funções da membrana a) permeabilidade
permeável à água e a substâncias de baixo PM
solúveis em gorduras (ácidos graxos, álcool,
benzeno) não permeável a moléculas com cargas
aminoácidos, ácidos orgânicos, sais, H
( H3O) b) transporte importância para os
procariotos proteínas de transporte contra
um gradiente de concentração alta
especificidade c) produção de energia sítio de
geração e utilização da força próton motiva
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Tipos de transportadores
Madigan et al., 2004
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3. Estrutura da célula procariótica
3.2.3. Funções da membrana a) permeabilidade
permeável à água e a substâncias de baixo PM
solúveis em gorduras (ácidos graxos, álcool,
benzeno) não permeável a moléculas com cargas
aminoácidos, ácidos orgânicos, sais, H
( H3O) b) transporte importância para os
procariotos proteínas de transporte contra
um gradiente de concentração alta
especificidade c) produção de energia sítio de
geração e utilização da força próton motiva
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A membrana citoplasmática em procariotos
Madigan et al., 2010
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3. Estrutura da célula procariótica
3.3. Material genético em procariotos molécula
única de DNA circular, nua, intensamente
dobrada, podendo expandir-se até 1 mm (bactéria
típica mede poucos ?m) não associado com
histonas (mas proteínas semelhantes a histonas
podem estar presentes em algumas espécies)
tamanho do genoma variável E. coli 4,7
Mb Hemophilus influenzae 1,83 Mb Mycoplasma
genitalium 0,58 Mb bactérias em crescimento
ativo podem conter várias cópias haplóides
facilidade de adaptação
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3. Estrutura da célula procariótica
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3. Estrutura da célula procariótica
3.3. Material genético em procariotos molécula
única de DNA circular, nua, intensamente
dobrada, podendo expandir-se até 1 mm (bactéria
típica mede poucos ?m) não associado com
histonas (mas proteínas semelhantes a histonas
podem estar presentes em algumas espécies)
tamanho do genoma variável E. coli 4,7 Mb
(1,000,000 de bases) Haemophilus influenzae
(meningites) 1,83 Mb Mycoplasma genitalium
(trato genital/respiratório) 0,58 Mb
bactérias em crescimento ativo podem conter
várias cópias haplóides facilidade de
adaptação
Célula humana contém 1000 vezes mais DNA e sete
vezes mais genes, com muitas regiões não
codificadoras (junk DNA)
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3. Estrutura da célula procariótica
3.4. Ribossomos 70 S Subunidades 50S
30S até 10.000 por célula
Bacterias e Archaeas têm ribossomos semelhantes
(70S), mas diferentes na composição proteica
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3. Estrutura da célula procariótica
3.5. Flagelos apêndices longos e finos
helicoidais 20 nm de diâmetro
distribuídos em número variável A
monotríquio (polar) B lofotríquio C
anfitríquio (polar) D peritríquio
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3. Estrutura da célula procariótica
3.5. Flagelos proteína flagelina, com
subunidades dispostas helicoidalmente
estrutura - corpo basal - gancho -
filamento movimento rotação (até 200 rps ?
12.000 rpm) velocidade 20-80?m.s-1, média de
50 ?m.s-1, ou 10 corpos.s-1 energia para
movimento força próton motiva
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Estrutura do flagelo em procariotos
Madigan et al., 2010
Anel C
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Movimento dos flagelos em procariotos
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3. Estrutura da célula procariótica
quimiotaxia controle do movimento -
repelentes - atraentes mecanismo
proteínas que sentem a presença de
substâncias - resposta à concentração
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Outras formas de motilidade em procariotos
Movimento deslizante
Membrana externa
Membrana citoplasmática
Madigan et al., 2004
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3. Estrutura da célula procariótica
3.6. Pili e fímbrias fímbrias adesão
(várias unidades. célula-1) pili mais longos
(geralmente 1 unidade. célula-1) - Conjugação
bacteriana - adesão em bactérias patogênicas
composição proteínas
Flagelo
Fímbrias
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3. Estrutura da célula procariótica
3.7. Cápsula e camada limosa (glicocálix)
composição glicoproteínas e/ou
polissacarídeos função - adesão -
proteção contra dessecamento, fagocitose
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(No Transcript)
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3. Estrutura da célula procariótica
3.8. Inclusões citoplasmáticas reserva de
energia e de blocos estruturais
poli-?-hidroxibutirato (PHB) e outros
glicogênio (carbono e energia) polifosfatos
(grânulos metacromáticos) enxofre
magnetossomos (magnetita Fe3O4)
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3. Estrutura da célula procariótica
3.9. Vesículas de gás procariotos aquáticos
fotossintetizantes ex. Cianobactérias forma
de fuso 200-700 nm x 60-110 nm poucos ou até
centenas por célula membrana composta de
proteínas 5-20 da densidade da célula 1
atm de pressão interna
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3. Estrutura da célula procariótica
3.10. Endósporos estruturas de resistência
encontrados em algumas Gram positivas -
Bacillus - Clostridium - Sporosarcina -
Sporolactobacillus resistentes ao calor,
radiações, ácidos, produtos químicos,
lisozima partes do endósporo -
exosporium (proteína) - capa (proteína) -
córtex (peptidoglicano) - porção central
(core) parede celular, membrana,
nucleóide... ocorrência de ácido
dipicolínico Ca2
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Endósporos de procariotos
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3. Estrutura da célula procariótica
3.10. Endósporos estruturas de resistência
encontrados em algumas Gram positivas -
Bacillus - Clostridium - Sporosarcina -
Sporolactobacillus resistentes ao calor,
radiações, ácidos, produtos químicos,
lisozima partes do endósporo -
exosporium (proteína) - capa (proteína) -
córtex (peptidoglicano) - porção central
(core) parede celular, membrana, nucleóide...
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Endósporos de procariotos
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Endósporos de procariotos
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