Estrutura e função da célula procariótica

1. Introdução

Origem: 3,8 a 3,5 bilhões de anos (condições anoxigênicas)

Com base em comparações de sequências do rRNA (16S, 23S):

Três Domínios (Super-reinos)

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, exceto para os ribossomos das 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 e 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

Célula procariótica x eucariótica

Tamanho da célula procarióticaUnidade de medida: m (micrômetro)

Tamanho variável: 0,1-0,2 50 m

Thiomargarita namibiensis: 700 m !!(1999)

Escherichia coli: 1 x 3m

Relação superfície/volume

Procariotos são pequenos e, por essa razão:• Nutrientes e dejetos são transportados para dentro e fora da célula via

membrana citoplasmática. • A velocidade desse transporte determina a velocidade metabólica

- Quanto menor o tamanho, maior é o potencial de crescimento

- Interação mais intensa com o meio ambiente.

2. Morfologia dos procariotos

Forma da célula

Arranjos

Morfologia dos procariotos: formas

Cocos (Neisseria) Bacilos (Halobacterium/Salmonella)Vibrião (Bdellovibrio)

Espirilo Espiroqueta (Leptospira)

Pedunculada (Rhodomicrobium)

Planos de divisão

Morfologia dos procariotos: arranjos

Streptococcus

Staphylococcus

Methanococcus

Methanosarcina

Deinococcus radiodurans

Neisseria gonorrhoeae

Morfologia dos procariotos: formas

Cianobactérias

(Chondromyces) (Myxococcus)

Mixobactérias

3. Estrutura da célula procariótica

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

Domínio Bacteria

a) componente principal: peptideoglicano (> 100 tipos)* açúcares aminados:

N-acetilglicosaminaÁcido N-acetilmurâmico

* aminoácidos

Composição do peptideoglicano

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

3. Estrutura da célula procariótica

Domínio Archaea* paredes de composição variável* sem peptideoglicano* algumas são Gram+, outras 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 detergenteem ebulição!!)* Pyrodictium: glicoproteínas (113ºC)

Pseudopeptidoglicano em algumas Archaeametanogênicas

3. Estrutura da célula procariótica

Membrana plasmática* barreira física, vital para a

células* espessura aproximada de 8

nm* composição química

Composição química da membrana

Domínio Bacteria* bicamada composta de:

* fosfolipídeos (glicerol + ácidos graxos + Pi)* proteínas transmembranares* hopanóides ( esteróis, resistência) em algumas

espécies

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

Éster Éter Isopreno

Comparação entre os lipídeos de Bacteria e Archaea

A membrana citoplasmática em procariotos

Estrutura da célula procariótica

Material genético

* molécula única de DNA circular, nua, 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

Bacterias e Archaeas têm ribossomossemelhantes (70S), mas diferentes na composição protéica

Estrutura da célula procariótica

Flagelos* apêndices longos e finos* helicoidais* 20 nm de diâmetro* distribuídos em número variável

* proteína: flagelina, com subunidades dispostas helicoidalmente* estrutura:

- corpo basal- gancho- filamento

* movimento: rotação (até 12.000 rpm)* velocidade: média de 50 m/s ou 10 corpos/s

Estrutura do flagelo em procariotos

Quimiotaxia

Estrutura da célula procariótica

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

3.7. Cápsula (glicocálix)* composição: glicoproteínas e/ou polissacarídeos* função:

- adesão- proteção contra dessecamento e fagocitose

Estrutura da célula procariótica

Inclusões citoplasmáticas* reserva de energia e de blocos estruturais* poli--hidroxibutirato e outros* polifosfatos (grânulos metacromáticos)* enxofre

* magnetossomos (magnetita: Fe3O4)

“Magnetobulus multicellularis” (UFRJ)

Estrutura da célula procariótica

Vesículas de gás

* procariotos aquáticos fotossintetizantes: ex. Cianobactérias

* fusiforme: 200-700 nm x 60-110 nm

* poucas ou até centenas por célula

* proteínas hidrofóbicas

* ajuste vertical na coluna de água para regiões de luz ótima

para a fotossíntese

Estrutura da célula procariótica

Endósporos: estruturas de resistência

* encontrados em algumas Gram positivas:

- Bacillus

- Clostridium

- Sporosarcina

- Sporolactobacillus

* resistentes ao calor, radiações, ácidos, produtos químicos,

lisozima

Endósporos de procariotos

Endósporos de procariotos

* partes do endósporo:

* ocorrência de ácido dipicolínico + Ca2+

• 10 % do peso seco

• Confere resistência ao calor e estabilização do DNA

Ácido dipicolínico: exclusivo de esporos

Cromatóforos e clorossomos

Bactérias verdes sulfurosas:

Anaeróbias obrigatórias e fototróficas