BIOLOGIA II

MICROBIOLOGIAResumo

1.1 – VIRUS

Vírus, seres subcelulares, não são organismos vivos.

Outros seres subcelulares:Viroides – Fragmentos nus de RNA i.e. Sem invólucro.Plasmideos – Fragmentos nus de DNA Priões – ProteínasVirinos – Quase só proteínas com um pouco de ácido nucleico.

Procariotas – São organismos unicelulares que não apresentam o seu material genético delimitado por uma membrana. (domínios Bactéria e Archea)

Eucariotas – Inclui todos os seres vivos com células eucariotas, ou seja, com um núcleo celular rodeado por uma membrana (DNA compartimentado, consequentemente separado do citoplasma).

Arquebactérias – Habitam geralmente ambientes extremos de temperatura, pH, salinidade ou de potencial redutor.

Bactéria, o mesmo que eubacteria – protegidos por uma parede celular.

Classificação das bactérias – Gram-positivas ou gram-negativas, as gram-positivas têm parede celular relativamente simples mas mais espessa.As gram-negativas – Parede celular complexa. Os lipopolissacáridos da membrana externa são frequentemente tóxicos protegendo-as contra as defesas das células hospedeiras.

Flagelos e Fímbrias são apêndices externos das células procariotas ligados ao plasmalema.

Mobilidade – Muitos procariotas têm capacidade de se movimentarem, e a maioria locomove-se por meio de flagelos. Alguns procariotas são capazes de “taxias” movendo-se em direcção ou na direcção oposta a um estímulo (Gradiente de químico, de oxigénio ou térmico).

As células procariotas apresentam variação genética quer por processos de mutação quer por recombinação genética.Nos procariotas existem três processos de recombinação genética:transformação, em que genes (fragmentos de DNA ou plasmídeos) provenientes do ambiente externo são incorporados no genoma celular.conjugação, em que os genes são transferidos directamente de um procariota para outro.transdução, em que os genes são transferidos entre procariotas e vírus (e.g. bacteriófagos).

Os procariotas desenvolveram uma imensa diversidade de metabolismos, nomeadamente no que refere à fonte de carbono, fonte de energia e dador de hidrogénio/electrões (H2/e-) para a cadeia respiratória.

Podem ser agrupados em quatro tipos principais de nutrição:

Autotrófico ou heterotrófico, consoante obtém carbono a partir de um composto inorgânico (geralmente CO2) ou de um composto orgânico (e.g. glucose). (Ver tabela 1.1 página 24).

A taxonomia19 (Gr. taxis, arranjo ou ordem + nomos, lei ou nemein, distribuir ou governar) é definida como a ciência da classificação biológica. O grupo básico em taxonomia de procariotas, assim como noutros organismos, é a espécie.

As características com relevância para a taxonomia de procariotas podem ser agrupadas em dois tipos. Os estudos de taxonomia clássica incluem as caracterizações morfológicas, fisiológicas, metabólicas e ecológicas dos microrganismos.

Carl Woese e os seus colaboradores agruparam os organismos vivos em três domínios: Archaea, Bacteria ou Eubacteria, e Eucarya, sendo os procariotas divididos nos grupos Archaea e Bacteria.

a) Protistas

Whittaker popularizou o sistema de classificação de cinco reinos, em 1969, o reino Protista agrupava todos os organismos eucariotas unicelulares.

Protozoários: Protistas tipo-animalProtistas tipo-fungoAlgas: Protistas tipo-planta

b) Fungos

Os organismos do reino Fungi são distintos dos restantes no seu modo de nutrição, organização estrutural, crescimento e reprodução. Os fungos são eucariotas e, na sua maioria, multicelulares, no entanto não têm diferenciação em tecidos. São organismos filamentosos, constituídos por hifas. Todos os fungos são heterotróficos, tendo desenvolvido um tipo de nutrição osmotrófica, com digestão externa dos alimentos. Os fungos têm reprodução assexuada e sexuada, mas em qualquer dos casos o produto final destas são (geralmente) esporos. Um caso particular deheterogeneidade genética ocorre no ciclo sexual dos fungos: o dicarion.

Os fungos, com a excepção das leveduras, são formados por hifas, que no seu conjunto formam o micélio. Hifas são pequenos filamentos (diâmetro médio de 5 a 10 m) constituídos por uma parede celular tubular que envolve o plasmalema e o citoplasma. As hifas podem ser divididas em células através de septos, que raramente formam uma barreira completa (excepto para as célulasreprodutoras). Na maioria das hifas, o citoplasma e os organelos (incluindo o núcleo) movem-se livremente passando através de poros nos septos. Os fungos não possuem tecidos diferenciados, no entanto as hifas podem sofrer transformações e apresentar diferenciações que correspondem a adaptações a funções específicas como a fixação, a nutrição ou reprodução.

Os fungos são heterotróficos, mas em contraste com os animais obtêm os seus nutrientes por absorção. O fungo excreta enzimas hidrolíticas sobre os seus alimentos (digestão externa) e as moléculas orgânicas resultantes são absorvidas pelas hifas. Este modo de nutrição por absorção – nutrição osmotrófica ou absorptiva - especializa os fungos como saprófitos, parasitas ou simbiontes mutualistas.

A reprodução dos fungos pode ser sexuada, assexuada ou parassexuada.

Plantas

Apenas um número limitado de organismos é capaz de capturar a energia luminosa proveniente do Sol e de a transformar em energia química. Estes organismos são bactérias fotossintéticas, algas e plantas.

Os membros do reino Planta são organismos multicelulares, eucariotas que possuem paredes celulares ricas em celulose, cloroplastos que contêm clorofila a e b e carotenóides, e têm amido como o seu principal carbohidrato de reserva.

As plantas, de acordo com o sistema de classificação adoptado neste manual, estão agrupadas em 12 fila. Destes, os 3 fila estruturalmente mais simples são conjuntamente designados por Plantas avasculares, nos quais se incluem os musgos. Os membros dos restantes 9 fila são, conjunta-mente, chamados Plantas vasculares, e incluem – entre outros – os fetos, as coníferas e as plantas com flor.

Plantas avasculares não possuem um tecido diferenciado e especializado no transporte de água e sais minerais ou no transporte de compostos orgânicos. Plantas avasculares por oposição a plantas vasculares.

Plantas vasculares – Vascular (Latim, vasculum): canal ou ducto; no caso das plantas refere-se ao sistema de transporte. Tecido especializado no transporte de água e sais minerais (da raiz às zonas superiores da planta) ou de hidratos de carbono (dos órgãos fotossinteticamente activos ou armazenadores a toda a planta)

As plantas avasculares são hoje agrupadas em 3 fila: Briophyta (briófitos, comummente musgos), Hepaticophyta (hepatófitas) e Anthocerotophyta (antocerotófitas). Os briófitos, hepatófitas e antocerotófitas são plantas de pequenas dimensões, raramente excedendo 2 cm de comprimento. Uma característica estrutural das plantas destes 3 fila é a presença de rizóides , que são pequenas extensões, constituídas por uma ou poucas células, e cuja função é a de ancorar a planta ao substrato.

As plantas vasculares apareceram há cerca de 430 milhões de anos, no início do Período Silúrico.Caracterizam-se por: (i) formação de um esporófito independente e dominante no ciclo de vida da planta. (ii) presença de um sistema vascular de transporte ao longo da planta. (iii) órgãos especializados – folhas, caules e raízes. (iv) presença de cutícula e estomas (de modo a impedir a dissecação, mas permitir as trocas gasosas).(v) formação de sementes (na maioria dos casos).

As plantas sem semente

Os 4 fila de plantas vasculares menos evoluídos não formam sementes.De entre estes, salienta-se o filo Pterophyta (fetos) que constitui o grupo mais numeroso de plantas sem semente.

As plantas com semente

Nas plantas com semente o gametófito é dependente do esporófito, do ponto de vista nutritivo. Em 4 fila das plantas com semente (cicas, ginkgo, gnetófitas e coníferas), os gâmetas femininos (nos óvulos) encontram-se directamente expostos ao pólen durante a polinização6. Estas plantas

são globalmente chamadas gimnospérmicas (Gr. gymnos + sperma, "nu + semente, ou semente nua"), dado os óvulos se encontrarem expostos em ovários abertos.

As plantas com flor (filo Anthophyta) diferem das outras plantas com semente pelo facto de os gâmetas femininos se encontrarem envoltos (e protegidos) por tecidos do esporófito, em estrutu-ras denominadas carpelo.Deste modo, a polinização é feita por um processo indirecto, em oposição à polinização directa nas plantas gimnospérmicas: os grãos de pólen das angiospérmicas aderem na porção superior do carpelo, o estigma, e germinam formando um tubo polínico que se estende ao longo do estilete até atingir o óvulo, no ovário. O ovário amadurece formando o fruto, que contém no seu interior o óvulo fecundado e posteriormente a semente. Por esta razão, as plantas com flor designam-se por plantas angiospérmicas (Gr. angeion, vaso+ sperma, semente).

As angiospérmicas são primariamente diferenciadas das outras plantas por características do seu sistema reprodutor:(i) os órgãos reprodutores encontram-se agrupados em flores.(ii) o (s) óvulo (s) encontram-se no interior de carpelos.(iii) a fecundação do gâmeta feminino é acompanhada pela fecundação de dois núcleos haplóides (que origina o endosperma): processo de dupla fertilização.(iv) formação do fruto.

Morfologia das plantas

Num plano morfológico geral, o corpo de uma planta compreende um sistema radicular subter-râneo e um sistema caulinar aéreo.O sistema caulinar diferencia-se em caule, folhas e flores.O sistema radicular é responsável por:(i)fixação da planta ao solo.(ii) absorção de água, sais minerais e nutrientes.(iii) armazenamento de alimentos de reserva.

Caules modificados:

(i) rizoma: caule horizontal subterrâneo.(ii) tubérculo: terminação alargada de um rizoma com funções de reserva.(iii) bolbo: caules verticais, subterrâneos, consistindo principalmente da base alargada de folhas que armazenam substâncias de reserva.

As folhas são os principais órgãos fotossintéticos da planta.

De entre as inúmeras modificações apresentadas pelas folhas podemos ainda referir: (i) os espinhos apresentados pelas cactáceas, que correspondem a reduções das folhas.(ii) as gavinhas que têm função de prender a planta a um suporte.(iii) as brácteas coloridas, muitas vezes semelhantes a pétalas, e que têm a função de atrair insectos polinizadores;(iv) as folhas modificadas de algumas plantas carnívoras.

Anatomia da planta

Xilema

As células de xilema são as constituintes do xilema (ou tecido xilémico), tecido que tem uma dupla função de suporte e de transporte de água e sais minerais nela dissolvidos, desde a raiz até às folhas.

Floema

As células de floema são as constituintes do tecido floémico (ou floema), o principal tecido transportador de substâncias orgânicas fotossintetizadas (seiva elaborada ou fluido floémico), nas plantas vasculares.

Células meristemáticas

As células meristemáticas são células não diferenciadas que possuem a propriedade de se dividirem indefinidamente. Quando uma célula meristemática se divide, pelo menos uma das células filhas mantém a capacidade meristemática, enquanto que a outra poderá tornar-se parte do corpo da planta. A célula filha que ulteriormente se torna parte do corpo da planta ainda poderá dividir-se algumas vezes até se diferenciar (perdendo a capacidade de divisão). As células meristemáticas formam os meristemas (ou tecidos meristemáticos).

Tecidos vegetais

Um tecido é um conjunto organizado de células, com uma unidade funcional.Os diferentes tipos de células vegetais organizam-se em três sistemas de tecidos: dérmico, fundamental e vascular.

O sistema de tecido dérmico é geralmente constituído por uma monocamada de células e tem a função primária de protecção dos restantes tecidos da planta.

O sistema de tecido fundamental que se encontra "preenchendo" o espaço entre os tecidos vascular e o tecido dérmico é constituído predominantemente por células de parênquima.

O sistema de tecido vascular é formado por dois tipos de tecido condutor, que diferem na sua estrutura e função: (i) xilema, transporta água e sais minerais nela dissolvidos, desde a raiz até às folhas. (ii) floema, transporta compostos orgânicos fotossintetizados (em particular sacarose) que a planta utiliza como fonte de alimento.

Órgãos das plantasNa extremidade de cada caule (ou ramo) e de cada raiz existe, respectivamente, um meristema apical caulinar e um meristema apical radicular.

Translocação de água no xilemaA água movimenta-se na planta, unidireccionalmente, desde a raiz até às folhas.De entre os vários modelos explicativos da translocação de água e sais na planta, salientam-se o modelo da tensão-coesão e o modelo da pressão radicular.modelo explicativo do transporte de água nas plantas, melhor aceite na actualidade - modelo de tensão-coesão - diz que a água sobe na planta como resultado da sua evaporação a nível das folhas, que provoca uma tensão que se estende ao longo de toda a coluna desde a raiz.Este modelo baseia-se nos três pontos seguintes:

(i) as moléculas de água, na coluna de água dos vasos xilémicos, estão fortemente ligadas entre si por forças de coesão (devido a pontes de hidrogénio entre as moléculas de H2O).

(ii) as moléculas de água, na coluna de água dos vasos xilémicos, estão fortemente ligadas às paredes dos vasos, por forças de coesão.

(iii) a perda de água por transpiração gera uma força de tensão no mesófilo das folhas.

Translocação da seiva floémicaA maior parte das substâncias orgânicas produzidas durante o processo fotossintético pelas folhas e outras partes verdes da planta são distribuídas a todos os seus órgãos através do floema, por um processo de translocação floémica. O movimento da água e dos compostos orgânicos nela dissolvidos no floema não requer energia, e contrariamente ao fluxo xilémico, o fluxo no floema não é unidireccional, podendo ocorrer em ambos sentidos (da raiz para as folhas e das folhas para a raiz), embora em cada elemento do floema o movimento seja apenas num sentido.

NutrientesUm determinado elemento químico é considerado um nutriente essencial quando é necessário para que uma planta complete o seu ciclo de vida, desde a germinação do embrião, na semente, até à formação de uma nova geração de sementes. Os elementos essenciais são denominados macronutrientes (carbono, oxigénio, hidrogénio, potássio, cálcio, magnésio, fósforo e enxofre) quando são necessário em quantidades elevadas (concentração superior a 1 mg por grama de massa seca de planta) e micronutrientes (cloro, ferro, magnésio, zinco, boro, cobre, molibdénio e níquel) quando são necessários em pequenas quantidades (concentrações inferiores a 100 g por grama de massa seca de planta). Os micronutrientes têm principalmente função de cofactores em reacções enzimáticas.

De entre os nutrientes essenciais para as plantas, o azoto é um dos que mais frequentemente se torna limitativo para o seu crescimento. Embora a atmosfera seja constituída por ca. 80% de azoto, este encontra-se na forma de azoto molecular, N2, que as plantas não conseguem captar. As plantas são apenas capazes de absorver azoto na forma de amónia (NH4+) ou nitrato (NO3-).

De entre as formas de assimilação de azoto desenvolvidas pelas plantas, salientam-se as associa-ções simbióticas com bactérias fixadoras de azoto atmosférico, as associações parasíticas com outras plantas (ex. visco), a predação de animais (plantas carnívoras) e a associação simbiótica com fungos (micorrizas).

Reprodução sexual

Todas as plantas apresentam uma alternância de gerações que se caracteriza pela sequência alternada de uma geração haplóide (n) e uma geração diplóide (2n). A planta diplóide, designada por esporófito, produz esporos por meiose. Os esporos originam os gametófitos, que constituem a geração haplóide. O gametófito produz gâmetas (masculinos ou femininos) por mitose, que após fecundação originam um zigoto diplóide. O zigoto divide-se mitoticamente e origina um novo esporófito.O grão de pólen, gametófito masculino (já presente nas gimnospérmicas), permitiu às plantas evoluírem independentemente da água, no que respeita à reprodução. A dispersão dos gâmetas masculinos (formados no interior do grão de pólen) é neste caso feita pelo vento (nas gimnospér-micas e algumas angiospérmicas) e, nas plantas mais evoluídas (maioria das angiospérmicas), por animais. Por sua vez, o gametófito feminino, óvulo, contido e protegido nos tecidos do esporófito permite a formação de sementes e frutos.

A florAs estruturas reprodutoras do esporófito são as flores. Estas, são formadas pela actividade do meristema floral, derivado do meristema apical caulinar. As flores são constituídas por quatro órgãos florais: as sépalas, as pétalas, os estames e os carpelos.

PolinizaçãoA polinização é a chegada do grão de pólen ao estigma do carpelo de uma flor.

Dupla fertilizaçãoQuando o estigma identifica o grão de pólen como compatível, este último produz um tubo polínico que se estende até ao ovário.

A dupla fertilização assegura que o endosperma apenas se desenvolve conjuntamente com óvulos fecundados, evitando a formação de reservas alimentares numa situação em que não seriam utilizadas.

A semente

A semente madura é constituída por um embrião, envolto por reservas nutritivas (endosperma, ou cotilédones ou ambos; ver adiante), e por sua vez cobertas por um tegumento, originado a partir de tecidos do óvulo.Após a embriogénese e o desenvolvimento do endosperma, na fase final da sua maturação, a semente desidrata, mantendo apenas entre 5 a 15 % de água e o embrião entra num estado de dormência.

FrutoEnquanto o óvulo fecundado origina a semente, o ovário desenvolve-se no fruto.Os frutos classificam-se, dependendo da sua origem, em simples, agregados ou múltiplo.Os frutos podem também ser classificados em deiscentes ou indeiscentes, consoante libertam a semente, quando atingem a maturação. Por exemplo a castanha.

Reprodução assexuadaPara além da reprodução sexual, muitas plantas são ainda capazes de se propagar por processos assexuados, desse modo produzindo clones de si mesmas. A reprodução assexuada, também conhecida como reprodução vegetativa, é de facto responsável pela formação de uma larga fracção das novas plantas que aparecem na Terra.A reprodução assexuada em plantas é uma extensão da capacidade de crescimento indeterminado das células vegetais, que por sua vez se baseia na existência de meristemas.

Regulação do desenvolvimento e crescimento

As plantas respondem às alterações do meio ambiente, geralmente, ajustando os seus padrões de desenvolvimento e de crescimento.

Hormonas vegetaisAs hormonas vegetais são substâncias químicas produzidas em pequenas quantidades em determinadas regiões da planta, que são transportadas para outras partes da planta onde actuam originando uma resposta fisiológica.Os principais tipos de hormonas vegetais são as auxinas, as citoquininas, as giberilinas, o etileno e o ácido abscíssico.Cada hormona tem uma multiplicidade de efeitos, que varia com o local de acção, estádio de desenvolvimento da planta e concentração da hormona. O efeito de uma hormona não depende da concentração absoluta da hormona, mas da sua concentração relativamente a outras hormonas (ou seja do balanço hormonal).

TropismosOs tropismos são orientações de crescimento das plantas como resposta a estímulos externos, e que resultam na curvatura dos seus órgãos em direcção (tropismo positivo) ou no sentido oposto (tropismo negativo) ao estímulo.Três tipos de tropismo são aqui considerados: fototropismo, gravitropismo e tigmotropismo.O fototropismo ocorre como resposta a uma distribuição diferencial da hormona auxina no caule.

Tigmotropismos são respostas das plantas ao toque. Um exemplo de tigmotropismo é o crescimento das gavinhas do feijoeiro em redor de caules ou outros objectos.

FotoperiodismoTodos os organismos eucariotas são influenciados pelos ciclos de dia e de noite. Em particular, muitas respostas de crescimento e desenvolvimento das plantas são controladas pela duração relativa dos períodos de luz e escuro no ciclo diário de 24 horas.