DOCENTES:

Prof. Helena Galvão

(responsável – componente teórico)

Prof. Ana Barbosa

(componente prático)

TEÓRICA 1

Programa

1. Aula Teórica

1.1 Conceitos e definições

1.2 Dominíos de Woese e 8 novos reinos de Cavalier-Smith vs 5 reinos de Whittaker

1.3 Comparação procariota vs eucariota (estrutura & função)

1.4 Comparação arquiobactérias vs eubactéria (filogenia, parede celular, habitats, metabolismo)

1.5 Diversidade genética de eubactérias; classificação baseada em sequenciamento do 16S ARNr

5 Reinos de Whittaker (1969)

PROBLEMAS NA CLASSIFICAÇÃO de WHITTAKER

Arquiobacterias não estão incluídas no reino Monera

Reinos Protista e Fungi contêm demasiada heterogeneidade genética

Fronteiras mal definidas entre os reinos Protista, Fungi e Plantae

Não reconhece relações filogenéticas baseadas em características genótipicas, mas usa apenas características fenótipicas

Domínios de Woese

Arvore da vida definida por Carl Woese (1990) na qual existem 3 linhas filogenéticas ou “domínios” de vida: Bacteria, Archaeae Eucarya . N.B. Filogenia das eubactérias antecede a das arquiobactérias

Ancestral comum ?

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8 Novos Reinos cf. Cavalier-Smith (1993)

3 Domínios:

8 Reinos:

Novos Reinos

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Diversidade do mundo microbiano

Grandes diferenças entre procariotas e eucariotas

Diferencas na composição da parede celular das Archaeas e entre eubactérias Gram (+) e (-)

Características dos grupos de arquiobactérias

Enorme diversidade das eubactérias com filogenia mais antiga; novas famílias/grupos baseados em sequenciamento do 16s ARNr

Grande diversidade metabólica das eubactéria

Características dos grupos funcionais de bactérias fotossintéticas, quimioautotróficas e heterotróficas

Comparação entre procariotas e eucarotas

Prescott et al. 1996

Eubacterias vs arquiobacterias Ancestral comum é um procariota termófilo extremo

Linhagem das Eubacterias mais antiga que a das arquiobactérias; linhagens de eucariotas e arquiobacterias são mais próximas (eg. ambas contêm intrões ).

Arquiobactérias desenvolveram-se com um relógio evolucionário lento, portanto permaneceram basicamente inalteradas retendo características semelhantes desde a sua origem, ditas “primitivas”

Arquiobacteria possuem paredes celulares compostas por pseudomureina, proteinas e polissacarídeos complexos. O género Thermoplasma não tem parede celular.

Diferenças na estrutura lipíca da membrana celular com cadeias ramificadas de hidrocarbonetos ligados ao glicerol por ligações eteres em vez de ácidos gordos ligados por ésteres.

Encontram-se em habitats extremos. O grupo Crenarchaeota constituído por termófilas extremas coloniza fontes termais, enquanto o grupo Euryarchaeota inclui halófilas extremas que habitam águas hipersalinas e também metanogénicas que colonizam camadas mais fundas de sedimentos anóxicos e outros ambientes desprovidos de oxigénio (ex. Mar Negro, rúmen de bovinos, biodigestores anaeróbios).

Foram descobertas recentemente populações de arquiobactérias halófilas moderadas em águas do Antarctico e em camadas fundas frias do Pacífico, constituindo até 35% da biomassa planctónica.).

Arquiobactérias halófilas extremas

Arquiobactérias metanogénicas

a) Methanospirillum hungatei; phase contrast (X2,000)

b) Methanobrevibacter smithii; TEM (X6,000)

c) Methanosarcina barkeri ; TEM (X6,000)

d) Methanosarcina mazei; SEM (bar ra 5 um)

e) Methanogenium marisnigri; TEM (X45,000)

Eubactérias Gram (+) vs Gram (-)

Parede celular Gram (+):

• Camada única espessa do heteropolímero

peptidoglicano (40-90% peso seco)

• Cadeias de ácidos lipoteicoicos e teicoicos

mantêm a estrutura rígida e a parede

ancorada na membrana celular

Parede celular Gram (-):

• Estrutura mais complexa com mais camadas;

camada fina de peptidoglicano (5-10% do peso

seco)

• Espaço periplasmático contem exoenzimas

que hidrolisam macrómoléculas orgânicas no

exteriorer – adaptação ao meio aquático

• Membrane externa com lipopolisaccarídios

N.B. Peptidoglicano/mureina:Heteropolímero constituído por of N-acetyl-

glucosamina (NAG) alternando com N-acetyl-ácido

muramico (NAM) unidos por ligações glicosídicas

Diversidade genética nas eubactériasN.B. Comprimento dos

ramos é proporcional à

distância evolutiva entre

grupos.

Baseada em comparações de sequências

de 16S ARNr ( C. Woese 1987)

Características de grupos de eubactérias

• Aquifex/Hydrogenobacter : grupo mais antigo de hipertermófilas

• Thermotoga: Hipertermófilass colonizam sedimentos nas fissuras hidrotermais

• Micrococos radioresistentes: Gram (+) cocos da família Deinococcaceae

• Bactérias verdes não-súlfureas: bactérias pigmentadas não-fotossintéticas

contendo bacterioclorofilas

• Bactérias verdes sulfúreas: família Chlorobiaceae de bactérias fotossintéticas

anoxigénicas contendo bacterioclorofilas

• Chlamydiae. Parasitas intracelulares com parede celular sem peptidoglicano

• Bacteroides, flavobacteria & outros: Grupo morfológicamente diverso incluindo

filamentos deslizantes de Cytophagales, Flexibacter e Fusobacterium

• Planctomyces: bactérias gemulantes com par. cel. sem peptidoglicano

• Espiroquetas: Bactérias filamentosas espiraladas Gram (-)

Caracteristicas de grupos de eubactérias (cont)

• Cyanobactérias: Bactérias fotossintéticas oxigénicas Gram (-) incluem formas

croococoides unicelulares e filamentosas capazes de fixar azoto em estruturas

especializadas ou heteroquistos

• Bactérias Gram (-) incluindo proteobactérias, bactérias púrpuras súlfureas

anoxifotogénicas e outras não-fotossintéticas:

- Alpha subdivisão: Agrobacter, Caulobacter, bac. metófiilicas e nitrificantes, bac.

púrpuras não-sulfúreas, rizobactérias e Rickettsia

- Beta subdivisão: Alcaligenes, Leptothrix, Neisseria, Pseudomonas, Spirillum,

Thiobacillus e outros géneros

- Gamma subdivisão: Azotobacter, Beggiatoa , Chromatium, bac. entéricas,

Legionella, Pasteurella, Vibrio, bactérias púrpuras súlfureas e outras

- Delta subdisão: Bdellovibrio, Desulfovibrio e outras sulfatoredutoras,

mixobacterias (bac. deslizantes com estruturas frutíferas dos solos)

- Epsilon subdivisão: Campylobacter, Wolinella

• Eubacteria Gram (+) e micoplasmas: grupo de Actinomicetos com teor G+C

elevado (eg. Arthrobacter, Corynebacterium, Nocardia, Streptomyces); grupo com

teor G+C baixo (eg. Bacillus, Lactobacillus, Enterococcus, Listeria, Clostridium,

Staphylococcus, Streptococcus).