estrutura e função da célula procariótica. introdução origem: 3,8 a 3,5 bilhões de anos...
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Estrutura e função da célula procariótica
Introdução
Origem: 3,8 a 3,5 bilhões de anos (condições anoxigênicas)
Com base em comparações de sequências das regiões intergênicas 16S – 23S do DNA ribossômico
Três Domínios (Super-reinos) (Woese, 1977)
BacteriaArchaeEucarya
Procariotos
(Woese, 1977)
Propriedade Procariotos Eucariotos
Domínios Bacteria e Archae Eukarya: algas, fungos, protozoários, plantas e animais
Estrutura e função do núcleo
Membrana nuclear ausente presente
Nucléolo 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
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
Cada domínio está associado a uma série de fenótipos, alguns únicos para cada domínio
Célula procariótica x eucariótica
Tamanho da célula procariótica
Unidade de medida: m (micrômetro)
Tamanho variável: 0,1-0,2 50 m
Thiomargarita namibiensis: 700 m !!Escherichia coli: 1 x 3m
1 m
Tamanho comparativo dos microrganismos
Procariotos são pequenos, permitindo que:
- Nutrientes e dejetos sejam transportados para dentro e fora da célula via
membrana citoplasmática.
O pequeno tamanho dos procariotos comparado ao dos eucariotoscontribui para muitas características desses organismos:
* interação mais intensa com o ambiente* maior velocidade de absorção de nutrientes
crescimento mais rápido
Tamanho da célula procariótica
Morfologia dos procariotos
Forma da célula
Arranjos
Morfologia dos procariotos: formas
Cocos (Neisseria) Bacilos (Halobacterium/Salmonella) Vibrião (Bdellovibrio)
Espirilo Espiroqueta (Leptospira)
Pedunculada (Rhodomicrobium)
Cianobactérias (Myxococcus)
Planos de divisão – definirão os arranjos
Morfologia dos procariotos: arranjos
Estreptococo: GêneroStreptococcus
Estáfilococo: Gênero Staphylococcus
Coco: Gênero Methanococcus
Sarcina: Gênero Methanosarcina
Tétrade: Gênero Deinococcus
Diplococo: Gênero Neisseria
Estrutura da célula procariótica
Parede celular
A concentração de solutos dissolvidos gera alta pressão interna (pressão de turgor).
(E. coli 2 atm.)
- A parede celular é responsável pela contenção dessa pressão
- Envoltório rígido, responsável também pela forma da célula
Composição do peptideoglicano
Domínio Bacteria
a) componente principal: peptideoglicano (>100 tipos)
- açúcares aminados:N-acetilglicosaminaÁcido N-acetilmurâmico
- aminoácidos
b) De acordo com suas respostas à coloração de Gram, as bactérias se
dividem em 2 grupos:Dinamarquês Christian Gram (1853-1938)
Gram negativas: 10 % de peptideoglicano (1-2 camadas) 2-3 nm
Gram positivas: 90 % da parede formados de peptideoglicano (até 20 camadas) 30-60 nm
A coloração de Gram
Gram negativaGram positiva
Fixação
Cristal violeta
Tratamento com lugol
Álcool - acetona
Corante de contrastesafranina
c) Membrana externa de bactérias Gram negativas (camada LPS)Camada dupla, composta de:
• fosfolipídeos• proteínas • lipídeos • Polissacarídeos• lipoproteínas
•Maior rigidez à parede celular
•Seus componentes são tóxicos quando injetados em animais
•Participa do processo de nutrição formando canais de passagem
d) ácidos teicóicos em Gram positivas
• (grego theicos = parede)
• são polímeros de glicerol ou ribitol ligados a açúcares ou aminoácidos e
conectados por grupamentos fosfato.
• presentes nas paredes da maioria das bactérias Gram-positivas
• conferem à célula sua carga negativa
Domínio Archaea* paredes de composição variável* sem peptideoglicano* Caráter Gram+ e Gram-
a) Metanogênicas* pseudopeptidoglicano* polissacarídeos
b) Halofílicas* Halococcus: polissacarídeo sulfatado* Halobacterium: glicoproteínas com cargas negativas
c) Outras metanogênicasMethanococcus e Methanospirillum: proteínas
d) Hipertermofílicas:* Sulfolobus: glicoproteínas (paredes estáveis em detergente em ebulição!)
* Pyrodictium: glicoproteínas (113ºC)
Estrutura da célula procariótica
Pseudopeptidoglicano presente em algumas Archaea metanogênicas
NAT: N-acetil talosaminurônico
As árqueas são naturalmente resistentes à ação da enzima lisozima e a da penicilina.
Estrutura da parede celular de Halococcus, uma árquea halofílica. A parede consiste basicamente da repetição das três partes.
Estrutura da célula procariótica
Membrana plasmática* barreira física, vital para a células* espessura aproximada de 8 nm
Composição química da membrana
Domínio Bacteria: composição estável
* bicamada composta de:
- fosfolipídeos (glicerol + ácidos graxos + Pi: ligações éster)
- proteínas transmembranares
- hopanóides ( esteróis, resistência) em algumas espécies
Domínio Archaea: composição variável
* lipídeos: únicos na natureza
ligações éter entre o glicerol e hidrocarbonetos (isopreno)
podendo existir:
- glicerol diéter
- glicerol tetraéter
- mista
Éster Éter Isopreno
Comparação entre os lipídeos de Archaea e Bacteria
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, ácidosorgânicos, 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 prótonmotiva
Sistemas transportadores
Estrutura da célula procariótica
Material genético
Molécula única de DNA circular, intensamente dobrada,podendo expandir-se até 1 mm (bactéria típica mede poucos m)
* não associado com histonas
* tamanho do genoma variável:E. coli: 4,7 MbMycoplasma genitalium: 0,58 Mb
* bactérias em crescimento podem conter várias cópias
* haplóides: apenas uma cópia de cada gene.
Estrutura do DNA em procariotos
DNA de Escherichia coli
Estrutura da célula procariótica
Ribossomos
Organelas onde ocorre a síntese de proteínas
* 70 S
* Subunidades: 50S + 30S (RNA e proteínas)
* até 10.000 por célula
Bactérias e árqueas têm ribossomos semelhantes (70S), mas diferentes na composição protéica
Estrutura da célula procariótica
Flagelos* apêndices longos e finos (20 nm)
* helicoidais
* distribuídos em número variável
* proteína: flagelina
* estrutura:
- corpo basal (motor)
- gancho
- filamento
- O movimento de rotação é transmitido a partir do “motor”- 1000 prótons para cada rotação- velocidade variável (até 12000 rpm)- A célula desloca-se com até 60 comprimentos celulares/s (guepardo 110 Km/h: 25 comprimentos/s)
monotríquio
lofotríquio
anfitríquio
peritríquio
Resposta comportamental: quimiotaxiaControle de movimentos através de proteínas sensíveis à concentração
Outra forma de motilidade em procariotos
Pili e fímbrias* fímbrias: adesão (várias unidades/célula)
* pili: mais longos (geralmente 1 unidade/célula)
- conjugação
- adesão em bactérias patogênicas
* composição: proteínas
Estrutura da célula procariótica
Cápsula (glicocálix)
* composição: glicoproteínas e/ou polissacarídeos
* função:
- adesão
- proteção contra dessecamento e fagocitose
Estrutura da célula procariótica
Estrutura da célula procariótica
Inclusões citoplasmáticas reserva de energia e de blocos estruturais
* poli--hidroxibutirato e outros* glicogênio, amido (energia)* polifosfatos (estrutural)* enxofre (energia)* magnetossomos (magnetita: Fe3O4) (orientação)
Estrutura da célula procariótica
Vesículas de gás- procariotos aquáticos fotossintetizantes: ex. Cianobactérias
- ajuste vertical na coluna de água para regiões de luz ótima
para a fotossíntese
- poucas ou até centenas por célula
- proteínas hidrofóbicas
Endósporos (estruturas de resistência)
Encontrados em algumas Gram positivas: - Bacillus- Clostridium- Sporosarcina- Sporolactobacillus
10 % do peso seco é ácido dipicolínico (exclusivo de esporos): estabilização do DNA.
Resistentes ao calor, radiações, ácidos, desinfetantes, lisozima
Estrutura da célula procariótica
Ácido dipicolínico: exclusivo de esporos
• 10 % do peso seco
• Confere resistência ao calor e estabilização do DNA
Endósporos de procariotos
Cromatóforos e clorossomos
Bactérias verdes sulfurosas:
Anaeróbias obrigatórias e fototróficas
Fim do tópico
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