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