Resumo - Morfologia e Estrutura do Procarioto

Resumo - Morfologia e Estrutura do Procarioto

Microbiologia Aplicada Geovane de Oliveira, 3º ano Química

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO – CAMPUS RONDONÓPOLIS.

IFMT

MORFOLOGIA

A maioria das bactérias varia de 0,2 a 2 µm de diâmetro e de 2 a 8 µm de comprimento, possuem algumas formas básicas: cocos esféricos, bacilos em forma de bastão e espiral.

ESTRUTURAS EXTERNAS À PAREDE CELULAR

GLICOCÁLICE

Substância excretada na superfície bacteriana. É um polímero viscoso e gelatinoso externo à parede celular. Sua composição química varia amplamente entre as espécies, em grande parte é produzido da célula e secretado para a superfície celular. Se a substância é organizada e está firmemente aderida à parede celular, o glicocálice é descrito como cápsula. Se a substância não é organizada e está fracamente aderida à parede celular é descrita como camada viscosa ou mucosa.

FLAGELOS

São longos apêndices filamentosos que propelem as bactérias. As bactérias sem flagelo são denominadas atríqueas (sem projeções). Os flagelos podem ser peritríqueos (distribuídos ao longo de toda a célula) ou polares (em ambos ou um dos polos da célula). Se for polar, pode ser monotríqueo (um único flagelo em um ponto), lofotríqueo (um tufo de flagelo em uma extremidade da célula), ou anfitríqueo (flagelos em ambas as extremidades celulares).

Possui três partes, o filamento (longa região mais externa, contém a proteína globular flagelina), gancho (ligeiramente mais largo, consistindo de uma proteína diferente) e o corpo basal (ancora o flagelo à parede celular e à membrana plasmática).

FILAMENTOS AXIAIS

Estrutura de mobilidade exclusiva das espiroquetas. São feixes de fibrilas que se originam nas extremidades da célula, sob uma bainha externa e fazem uma espiral em torno da célula. Possuem uma estrutura similar à dos flagelos.

FÍMBRIAS E PILI

Ocorrem em gram-negativas. As fímbrias podem ocorrer nos polos da célula bacteriana, ou estar homogeneamente distribuídas em toda a superfície celular. Ela tem tendência a se aderir umas às outras e às superfícies, consequentemente estão envolvidas na formação dos biofilmes.

Os pili normalmente são mais longos que as fimbrias, e há apenas um ou dois por célula. Estão envolvidos na mobilidade celular (adição de unidades de pilina) e na transferência de DNA (pili de conjugação sexual).

A PAREDE CELULAR

COMPOSIÇÃO E CARACTERÍSTICAS

É composta por uma rede macromolecular denominada peptideoglicana (mureína) presente isoladamente ou combinada com outras substâncias. A peptideoglicana consiste em um dissacarídeo repetitivo ligado por polipeptídeos para formar uma rede que circunda toda a célula. A porção dissacarídea é com posta por N-acetilglicosamina (NAM) e Ácido N-acetilmurâmico (NAG). Moléculas alternadas de NAM e NAG são ligadas em filas de 10 a 65 açúcares formando um “esqueleto” de carboidratos. Filas adjacentes são ligadas por polipeptídeos cuja composição pode variar, mas sempre inclui cadeias laterais de tetrapeptídeos ligados ao NAM.

Paredes celulares de gram-positivas

Na maioria das gram-positivas, a parede celular consiste em muitas camadas de peptideoglicana, formando uma estrutura espessa e rígida. Além disso, a parede das gram-positivas contém ácidos teicoicos, que consistem principalmente de um álcool (glicerol ou ribitol) e fosfato. Estes existem em duas classes: ácido lipoteicoico (que atravessa a camada peptideoglicana e está ligado à membrana plasmática) e ácido teicoico de parede (ligado à camada peptideoglicana).

Paredes celulares de gram-negativas

A parede celular das gram-negativas consiste em uma ou poucas camadas de peptideoglicana e uma membrana externa. A peptideoglicana está ligada a lipoproteínas na membrana externa e esta no periplasma. As paredes da gram-negativas não contém ácidos teicoicos e por possuírem pouca peptideoglicana são mais suscetíveis a rompimento mecânico.

PAREDES CELULARES ATIPICAS

Algumas células procarióticas não possuem parede ou tem pouco material de parede. Eles incluem os organismos do gênero Mycoplasma e organismos relacionados. Os micoplasmas são as menores células vivas conhecidas que podem se reproduzir fora de células vivas de hospedeiros. Devido a seu tamanho e a não possuírem paredes celulares, elas passam pela maioria dos filtros bacterianos, inicialmente foram confundidas com vírus. São as únicas bactérias que possuem esteróis na membrana, os quais podem protegê-las da lise celular.

ESTRUTURAS INTERNAS À PAREDE CELULAR

A MEMBRANA PLASMÁTICA

Estrutura fina situada no interior da parede celular, revestindo o citoplasma celular. A membrana citoplasmática dos procariotos consiste principalmente em fosfolipídeos e proteínas.

Estrutura

Camadas duplas denominadas bicamada fosfolipídica. As moléculas proteicas na membrana podem estar arranjadas em uma variedade de formas. Algumas, denominadas proteínas periféricas, são facilmente removidas da membrana por tratamentos leves e ficam na superfície interna ou externa da membrana, elas podem funcionar como catalisadores e como mediadoras das alterações na forma da membrana durante o movimento. Outras, denominadas proteínas integrais, podem ser removidas somente após o rompimento da bicamada lipídica, a maioria das proteínas integrais penetra a membrana completamente, chamadas de proteínas transmembrana. Algumas proteínas integrais possuem um poro pelo qual as substâncias entram e saem da célula.

Muitas proteínas e alguns lipídeos na superfície externa da membrana possuem carboidratos ligados a eles, denominados glicoproteínas e glicolipídeos, ambos ajudam a proteger e lubrificar a célula e estão envolvidos nas interações intercelulares.

Alguns estudos demonstram que as moléculas de fosfolipídeo e proteína nas membranas não são estáticas, mas se movem com certa liberdade na superfície da membrana. É provável que isso esteja associado às muitas funções da membrana. A membrana deve ser tão viscosa quanto o azeite de oliva para permitir que as proteínas se movam de modo livre o suficiente para realizar suas funções.

Funções

A função mais importante da membrana é servir como barreira seletiva através da qual os materiais entram e saem da célula, permeabilidade seletiva. A permeabilidade depende de vários fatores. As moléculas grandes (como proteínas) não podem passar através da membrana plasmática, possivelmente por serem maiores que os poros das proteínas integrais, que funcionam como canais. Toda via as moléculas menores (H2O, O2, CO2 e alguns açúcares simples) em geral conseguem passar com facilidade.

As membranas plasmáticas também são importantes na digestão de nutrientes e produção de energia. As membranas das bactérias contêm enzimas capazes de catalisar as reações químicas que degradam os nutrientes e produzem ATP. Em algumas, os pigmentos e as enzimas envolvidos na fotossíntese são encontrados em invaginações da membrana plasmática que se estendem até o citoplasma. Essas estruturas vaginosas são denominadas cromatóforos ou tilacoides.

O MOVIMENTO DE MATERIAIS ATRAVÉS DA MEMBRANA

Os matérias se movem através da membrana plasmática por dois tipos de processos: passivo e ativo. Nos processos passivos, as substâncias atravessam a membrana de uma área de alta para uma área de baixa concentração (a favor do gradiente de concentração), sem qualquer gasto de energia (ATP) pela célula. Nos processos ativos, célula deve usar energia (ATP) para mover as substâncias das áreas de baixa concentração para as de alta concentração (contra o gradiente de concentração).

Processos passivos

Incluem a difusão simples, a difusão faciliada e a osmose.

A difusão simples é a rede (geral) de movimento das moléculas ou dos íons a favor do gradiente de concentração. O movimento continua até que o soluto seja distribuído uniformemente, atingindo o equilíbrio. As células utilizam a difusão simples para transportar certas moléculas como o CO2 e O2, através de suas membranas celulares.

Na difusão facilitada,as proteínas integrais da membrana funcionam como canais ou carregadores que facilitam o movimento de íons ou grandes moléculas através da membrana plasmática. Essas proteínas integrais são denominadas proteínas transportadoras ou permeases. A difusão facilitada não gasta ATP, pois é a favor do gradiente de concentração. O processo se difereda difusão simples pelo uso das proteínas transportadoras, que permitem a passagem da maioria dos pequenos íons inorgânicos, que são muito hidrofílicos para penetrar o interior apolar da bicamada lipídica.

Osmose é a rede de movimento de moléculas de solvente através de uma membrana seletivamente permeável, de uma baixa concentração de soluto pra uma área com alta concentração de soluto. Nos sistemas vivos, o principal solvente é a água. Moléculas moléculas de água passam pela bicamada lipídica por difusão simples ou de proteínas integrais, chamadas aquaporinas, que funcionam como canais de água. A pressão osmótica é a pressão necessária para impedir o movimento da água pura para uma solução contendo solutos.

Processos Ativos

Quando uma célula bacteriana está em um ambiente em que há baixa concentração de nutrientes, ela precisa utilizar processos Ativos para acumular as substâncias necessárias. Ao realizar um transporte ativo, a célula utiliza energia na forma de Trifosato de Adesina (ATP) para mover as substâncias contra o gradiente de concentração. Assim como a difusão facilitada, o transporte ativo depende de proteínas na membrana plasmática. Graças ao transporte ativo a célula pode manter um fluxo constante de substâncias mês que em baixas concentrações.

CITOPLASMA

Para o procarioto, o termo citoplasma refere-se a uma substância no interior da membrana plasmática, cerca de 80% do citoplasma são compostos de água, contendo principalmente enzimas, carboidratos, lipídeos, íons inorgânicos e compostos de peso molecular muito baixo. Os íons inorgânicos estão em concentração muito maiores que na maioria dos meios. O citoplasma é espesso, aquoso, semitransparente e elástico. Proteínas filamentosas no citoplasma são diretamente responsáveis pela forma helicoidal e de bastonete da célula bacteriana.

NUCLEOIDE

O nucleoide de uma célula bacteriana normalmente contém uma única molécula longa e contínua de DNA de fita dupla, frequentemente arranjada de forma circular, denominada cromossomo bacteriano. Essa é a informação genética da célula que carrega todos os dados necessários para as estruturas e funções celulares, não são circundados por membrana nem possuem histonas. Em bactérias crescendo ativamente, até 20% do volume celular são ocupados pelo DNA, pois essas células pré-sintetizam o material nuclear para as células futuras. O cromossomo está fixado à membrana plasmática e acredita-se que as proteínas da membrana sejam responsáveis pela duplicação do DNA e segregação dos novos cromossomos para as células filhas, durante a divisão celular.

Além do cromossomo bacteriano, as bactérias frequentemente contêm pequenas moléculas de DNA de fita dupla, circulares, denominadas plasmídeos. Essas moléculas são elementos genéticos extracromossômicos, isto é, não estão conectadas ao cromossomo bacteriano principal e se replicam independentemente do DNA cromossômico. Pesquisas apontam que os plasmídeos estão associados às proteínas da membrana plasmática. Eles normalmente contêm de 5 a 100 genes que geralmente não são cruciais para a sobrevivência da bactéria em condições ambientais normais. Podem ser adquiridos ou perdidos sem danos à célula. Entretanto, podem transportar genes para atividades como resistência aos antibióticos, tolerância à metais tóxicos, produção de toxinas, síntese de enzimas. Podem ser transferidos de uma bactéria para outra por conjugação sexual. É utilizado para manipulação genética em biotecnologia.

RIBOSSOMOS

Toda célula contém ribossomos, que funcionam como locais de síntese proteica. As células com altas taxas de síntese proteicas, como as que estão crescendo ativamente, possuem maior número de ribossomos. O citoplasma procarioto contém dezenas de milhares dessas estruturas, o que dá a ele um aspecto granular.

Ribossomos são compostos de duas subunidades, cada qual constituída de uma proteína e um tipo de RNA, denominado RNA ribossômico (rRNA). Ribossomos procarióticos diferem dos eucarióticos no número de proteínas e de moléculas de rRNA que contem, também são um pouco menores e menos densos, por isso são denominados ribossomos 70S. As subunidades do ribossomo 70S são uma pequena subunidade 30S, contendo uma molécula de rRNA e uma subunidade maior 50S, contendo duas moléculas de rRNA.

INCLUSÕES

No citoplasma procarioto, há vários tipos de depósitos de reserva, conhecidos com inclusões. As células podem acumular certos nutrientes quando estes são abundantes e usá-los em momentos de escassez. Evidências sugerem que o acumulo de macromoléculas concentradas nas inclusões evitam o aumento da pressão osmótica que ocorreria se as moléculas estivessem dispersas no citoplasma. Algumas são comuns a uma ampla variedade de bactérias, enquanto outras são limitadas a um pequeno número de espécies, servindo como base de identificação.

Grânulos Metacromáticos

São grandes inclusões que levam esse nome pelo fato de que, algumas vezes, se coram de vermelho com certos corantes azuis. Coletivamente, são conhecidos como volutina. A volutina representa uma reserva de fosfato inorgânico (polifosfato), que pode ser usada na síntese de ATP. São encontrados em algas, fungos e protozoários, bem como em bactérias.

Grânulos Polissacarídeos

São caracteristicamente compostos de glicogênio e amido, e sua presença pode ser demonstrada quando o iodo é aplicado às células, conferindo aos grânulos de glicogênio uma cor marrom-avermelhada e aos de amido uma cor azul.

ENDOSPOROS

Quando os nutrientes essenciais se esgotam, certas bactérias gram-positivas como as do gênero Clostridium e Bacillus formam células especializadas de “repouso”, chamadas endosporos. Exclusivo das bactérias, os endosporos são células desidratadas altamente duráveis, com paredes espessas e camadas adicionais. São formados dentro da membrana celular bacteriana.

Quando liberados para o ambiente podem sobreviver a temperaturas extremas, escassez de água e exposição a muitas substâncias químicas tóxicas e radiação. Embora endosporos verdadeiros sejam encontrados em bactérias gram-positivas, uma espécie gram-negativa, Coxiella burnetii, o agente causador da febre Q, forma estruturas semelhantes a endosporos que resistem a calor e substâncias químicas e podem ser coradas com corantes para endosporos.

O processo de formação do endosporo em uma célula vegetativa leva várias horas e é conhecido com esporulação ou esporogênese. A esporulação inicia quando um nutriente-chave, como uma fonte de carbono ou nitrogênio, torna-se escassa ou indisponível. No primeiro estágio observável, um cromossomo bacteriano recém-replicado e uma pequena porção do citoplasma são isolados por uma invaginação da membrana plasmática, denominada septo do esporo. O septo do esporo torna-se uma membrana dupla que circunda o cromossomo e o citoplasma, formando o pré-esporo. Camadas espessas de peptideoglicana são dispostas entre as duas lâminas da membrana. Então, uma capa espessa de proteína se forma em torno de toda a membrana externa. Esse revestimento é responsável pela resistência dos endosporos a muitas substâncias químicas agressivas, a célula original é degrada e o endosporo é liberado.

A maior parte da água presente no citoplasma do pré-esporo é eliminada no momento em que a esporulação é completa, e os endosporos não realizam reações metabólicas. O cerne altamente desidratado do endosporos contém somente DNA, pequenas quantidades de RNA, ribossomos, enzimas e algumas moléculas pequenas importantes (uma quantidade notavelmente grande de ácido dipicolínico – encontrado no citoplasma – acompanhado por grade número de íons de cálcio).

Um endosporo retorna ao seu estado vegetativo por um processo chamado germinação, que é ativado por uma lesão física ou química no revestimento do endosporo. As enzimas do endosporo rompem as camadas extras, a água entra, e o metabolismo recomeça.

BIOFILMES

Na natureza, raramente microrganismos vivem em colônias isoladas de uma única espécie, como vemos em laboratório. Tipicamente, vivem em comunidades chamadas biofilmes. Esses biofilmes residem em uma matriz essencialmente polissacarídea, mas contendo também DNA e proteínas, com frequência chamada de limo. Um biofilme pode ser considerado um hidrogel, um polímero complexo contendo uma quantidade de água que corresponde a várias vezes seu peso seco. Uma comunicação química entre as células (quorum sensing) permite às bactérias coordenarem suas atividades e se agrupar em comunidades que fornecem benefícios semelhantes a dos organismos multicelulares. Portanto, biofilmes não são somente camadas limosas bacterianas, mas sistemas biológicos, as bactérias são organizadas em uma comunidade funcional coordenada.

Os microrganismos nos biofilmes podem trabalhar em cooperação para desenvolver tarefas complexas. Por exemplo o sistema digestório de animais ruminantes.

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