Cianobactérias

Universidade Estadual do Norte FluminenseCentro de Biociências e Biotecnologia

Laboratório de Biotecnologia

Disciplina: Biologia dos Vegetais InferioresCoordenadora: Dra. Denise Dagnino

� O que são as Cianobactérias?

• Organismos procariontes que realizam fotossíntese com liberação de oxigênio.

• Importantes produtores primários.

• Também conhecidas como algas azuis ou cianofíceas.

Oscillatoria Microcystis

• Colonizam os mais variados tipos de ambientes: tanto terrestres quanto aquáticos.

• Foram inicialmente descritas por botânicos. Linnaeus foi quem descreveu a primeira espécie em 1755.

• Muitas cianobactérias possuem apenas um tipo de clorofila, a clorofila a, e todas possuem pigmentos auxiliares característicos: as ficobiliproteínas.

• Ficobiliproteínas: ficocianinas

ficoeritrinas

• As ficobiliproteínas formam agregados chamados de ficobilissomas.

• Além disso, as cianobactérias produzem vários carotenóides.

� Organização Celular

As bactérias podem ser divididas em dois grupos:

Gram positivas

Gram negativas

bainha de mucilagem

plasmalema

ficobilissomas

grânulos de glicogênio

parede celular

PB – corpos de polifosfatoPh – carboxissomasR – ribossomosG – vacúolos gasososD – DNASG – grânulos de cianoficina

� Parede Celular

• É similar a de bactérias Gram negativas.

• Ela é composta de diversas camadas.

• Duas camadas mais internas são iguais em todas as cianobactérias sendo o componente principal peptideoglicano.

• A parede celular constitui cerca de 50% do peso seco.

� Bainha de mucilagem

• Espessa camada externa que liga grupos de células formando colônias ou filamentos.

• Formada quando há crescimento ativo.

• Protege a célula da dissecação e contribui para o deslocamento por deslizamento da célula.

� Protoplasma

• DNA circular

• Tilacóides e suas estruturas associadas, os ficobilissomas e os grânulos de glicogênio.

• Grânulos de cianoficina contendo proteínas de reserva.

• Carboxissomas (ou corpos poliédricos) que ocorrem na parte central da célula. São aglomerados da enzima ribulose 1,5-bifosfato carboxilase/oxigenase (enzima do ciclo de Calvin responsável pela fixação de CO2).

•Corpos de polifosfato – armazenam fosfato e estão ausentes em células jovens em crescimento e em meio deficiente desse elemento, mas encontram-se em células mais velhas.

•Vacúolos gasosos – formados por vesículas gasosas e estão presentes na maioria das ordens de cianobactérias.Estas vesículas não são recobertas por uma membrana lipídica, mas apenas por proteínas que formam o seu esqueleto. A membrana é bastante rígida, mas pode ser colapsada aplicando-se pressão às células.

� Células especializadas de cianobactérias

• HETEROCITOS e ACINETOS

• Nos heterocitos ocorre a fixação de N2.

• Desenvolvem-se a partir de células vegetativas.

• Possuem parede celular espessa e não realizam fotossíntese.

• Acinetos são células resistentes a condições ambientais desfavoráveis.

• Sua função pode ser comparada a de esporos de bactérias.

• Seu protoplasma acumula grande quantidade de reserva de nutrientes.

H

A

Filamento de Cylindrocarpon

com heterocito e acineto

Filamento de Anabaena com heterocito e acineto

� Um pouco de evolução...

• Estima-se que o Sistema Solar tenha sido formado a 4,5 bilhões de anos atrás.

• Fósseis dos primeiros microorganismos datam de 3,5 bilhões de anos.

• Os primeiros fósseis de cianobactérias datam de 2,5 bilhões de anos atrás (2,5 x 109).

• As cianobactérias foram os primeiros organismos responsáveis pela transformação da atmosfera da terra de redutora para oxidante (anaeróbica para aeróbica).

Classificação Botânica X Classificação Bacteriológica

Ecólogos – Classificação junto com algas eucarióticas.

Biologistas moleculares – de acordo com a classificação de bactérias por microbiologistas.

• Apresentam morfologia bastante diversificada, incluindo formas unicelulares, coloniais e filamentosas.

• O tamanho de suas células varia entre 0,5 – 1 µm, tamanho de uma bactéria normal, a 60 µm (Oscillatoria princeps) de comprimento.

• A classificação de cianobactérias baseia-se ainda muito na morfologia das espécies. Sabe-se no entanto que esta morfologia pode alterar-se bastante de acordo com o ambiente onde são encontradas.

� Taxonomia de Cianobactérias

Seção I: Seção II:

• Segundo a taxonomia bacteriológica as cianobactérias são divididas em 5 Seções:

• Seção I: Chroococales, cianobactérias cocóides que se multiplicam por divisão binária;

• Seção II: Pleurocapsales, cianobactérias cocóides que se multiplicam por fissão múltipla;

•Seção III: Oscillatoriales, cianobactérias com filamentos simples que não possuem células especializadas (heterocitos ou acinetos);

•Seção IV: Nostocales, cianobactérias com filamentos simples que possuem heterocitos e acinetos;

•Seção V: Stigonematales, cianobactérias filamentosas ramificadas que possuem heterocitos e acinetos.

Seção III: Seção IV: Seção V:

� Metabolismo

O metabolismo de cianobactérias pode ser classificado em três categorias:

• Fotoautotróficos obrigatórios: organismos que crescem apenas na presença de luz em meio inorgânico e não são capazes de assimilar C orgânico.

• Quimioheterotróficos facultativos: organismos capazes de viver em ambiente sem luz em meio contendo fonte de C orgânico ou foto-troficamente na luz.

• Fotoheterotróficos facultativos: organismos capazes de utilizar compostos orgânicos como fonte de C na luz mas não no escuro ou foto-troficamente na luz.

� Reprodução

• A reprodução de cianobactérias é assexuada e ocorre ou por divisão da célula, fracionamento de colônias, formação de hormogônias ou endosporos.

• Hormogônias são características de todas as cianobactérias filamentosas e são pequenos pedaços de tricomas que se destacam do filamento e que eventualmente formarão novos filamentos.

� Do ponto de vista humano, as cianobactérias

têm propriedades benéficas e nocivas:

• Propriedades benéficas:

- Fonte de alimento (ricas em proteína, alto valor nutritivo).- Fixadoras de N2 (contribuem para fertilidade do solo e da água).- Importantes produtores primários.

• Propriedades nocivas:

- Florações – tóxicasnão tóxicas

� Florações

Definição: multiplicação excessiva de células, chegando a alterar a coloração da água.

Causa: excesso de nutrientes, como nitrogênio e fósforo, nos corpos d’água.

Conseqüências: diminuição da biodiversidade, problemas estéticos emcorpos d´água; podem afetar o gosto da água tratada; representamriscos à saúde.

� Cianotoxinas

• O aumento da freqüência de florações produzido porcianobactérias tem chamado a atenção das autoridades.

• Cianotoxinas são compostos tóxicos produzidos porcianobactérias.

• A classificação das toxinas baseia-se no seu efeito em vertebrados; elas são divididas em: hepatotoxinas, neurotoxinas e dermatotoxinas.

Morte de animais domésticos devido a envenenamento por cianotoxinas presentes em florações

� Simbiose

• Cianobactérias podem formar dois tipos de associação simbiótica: intra e extra celular.

• Uma das associações melhor conhecida é a com fungos formando líquens.

• Outros líquens: associações com algas verdes.

• ~ 40% da glicose sintetizada pelas algas é secretada como glicose e manitol e outros compostos.

• Enquanto o benefício da associação é óbvia para o fungo, o benefício para algas provavelmente se limita à proteção contra dissecação.

Exemplos de Interações extracelulares

Azolla sp Cycadaceae