Estrutura e função da célula procariótica

Introdução

Origem da célula procariótica:

3,7 bilhões de anos

Com base em comparações de sequências das regiões intergênicas

16S – 23S do DNA ribossômico:

Três Domínios (Super-reinos) (Woese, 1977)

Estudos subsequentes mostraram que cada domínio está associado a uma série de fenótipos, alguns desses 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: 0,7 mm!(1999)

Escherichia coli: 1 x 3 m

Tamanho comparativo dos microrganismos

Procariotos são pequenos, permitindo que:

- Nutrientes e dejetos sejam 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.

Morfologia dos procariotos: formas comuns

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

Espirilo Espiroqueta (Leptospira)

Pedunculada (Rhodomicrobium)

Cianobactérias

Micélio (Streptomyces)

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

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)

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

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

Peptidoglicano de Bacteria

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

Comparação entre os lipídeos de Bacteria e Archaea

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 Bactérias e árqueas têm ribossomos semelhantes (70S), mas diferentes na composição protéica

* Subunidades: 50S + 30S (RNA e proteínas)

* até 10.000 por célula

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: 25 comprimentos/s)

Resposta comportamental: Quimiotaxia

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

Inclusões citoplasmáticasReserva de energia e de blocos estruturais:

* poli--hidroxibutirato, amido e outros

* polifosfatos (grânulos metacromáticos)

* enxofre

* magnetita (Fe3O4) (bactérias magnéticas usam para orientação)

“Magnetobulus multicellularis” (UFRJ)

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

Estrutura da célula procariótica

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

Clorossomas

Presentes e bactérias fotossintetizantes

Ex: bactérias sulfurosas verdes

Estrutura da célula procariótica