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UEL - Aula 10 - Morfologia Bacteriana e Síntese da Parede Celular

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by

Marina Ferrarezi Soares

on 4 September 2013

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Transcript of UEL - Aula 10 - Morfologia Bacteriana e Síntese da Parede Celular

CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
CURSO DE MEDICINA VETERINÁRIA
DEPTO DE MEDICINA VETERINÁRIA PREVENTIVA
DISCIPLINA DE MICROBIOLOGIA VETERINÁRIA
BACTERIOLOGIA

Morfologia Bacteriana e
Estrutura e Síntese de Parede Celular

Microbiologia o termo "morfologia" refere-se à forma celular
Morfologia Bacteriana
As células bacterianas são caracterizadas morfologicamente pelo seu tamanho, forma e arranjo
Estruturas Externas à
Parede Celular
Parede Celular
Estruturas Internas
à Parede Celular
BIBLIOGRAFIA
Madigan et al., Microbiologia de Brock. São
Paulo: ArtMed, 12ª ed., 2010. Capítulo 4.

Tortora et al., Microbiologia. Porto Alegre;
ArtMed, 8ª ed., 2005. Capítulo 4.
"A forma segue a função"
"A estrutura (forma) de um componente biológico surgiu como tal, pois correspondia à melhor alternativa para a realização de uma função específica..."
Célula Procariótica
TAMANHO
Variam de 0,2 a 2 μm de diâmetro por 2 a 8 μm de comprimento


Espécies de interesse médico:
0,5 a 1,0 μm x 2 a 5 μm
Fonte: www.robertcooper.com
nanômetro
Célula Procariótica
FORMAS E ARRANJOS
- VARIAÇÕES -
Fonte: Madigan et al., 2010
Variações
Esféricas cocos
Neisseria meningitides
Streptococcus pneumoniae
Staphylococcus aureus
Grupo mais homogêneo, com células menores
Diplococos ( ),
Tétrades,
Sarcina,
Estreptococos ( ),
Estafilococos ( ),
Micrococos
Bastonetes
tamanho e espessura (longos e delgados, pequenos e grossos, extremidade reta, convexa ou arredondada)
Variações:
Células cilíndricas
bacilos
Fonte: Tortora et al., 2005
Dividem-se ao longo de seu eixo curto
A maioria apresentam-se isolados
Fonte: Tortora et al., 2005
Formas helicoidais ou espiraladas
forma helicoidal
forma de vírgula
Vibrião:
Espirilos:
forma helicoidal
Treponema pallidum
Ex.:
Espiroquetas:
Ex.:
Aquaspirillium
Vibrio cholerae
Ex.:
Corpo flexível. Movimentação com filamento axial (flagelo em bainha externa flexível)
Corpo rígido. Movimentação com flagelos externos.
Fonte: Tortora et al., 2005
Fonte: Tortora et al., 2005
Outras Formas
Forma de estrela:
Stella
Forma quadrada e plana:
Haloarcula
Corte transversal de uma bactéria. a) Esquema. b) Micrografia.
(Fonte: Tortora et al., 2005)
Célula Procariótica
A maioria das bactérias são monomórficas
Bactérias pleomórficas:
Rhizobium e Corynebacterium
"A morfologia celular é uma característica geneticamente direcionada, evolutivamente selecionada, a fim de maximizar a adequação da espécie a um habitat".
Madigan et al., 2010.
Relembrando a célula procariótica...

Estruturas fundamentais e acessórias de uma
célula bacteriana
Fundamentais:
Parede celular, membrana citoplasmática, mesossoma, ribossomos, DNA
Acessórias:
Cápsula ou glicocálice, flagelos, fímbrias, pili, plasmídeos, endosporo
Cápsula ou Glicocálice
Revestimento que circunda as células
Polímero viscoso e gelatinoso, situado externamente à parede celular
Composição:
polissacarídeos, polipeptídeo, ou ambos
- pode ser utilizado como alimento de reserva
- permite a fixação da bactéria à várias superfícies
- impede a fagocitose pelas células do hospedeiro em bactérias patogênicas
Função:
fator de virulência, sobrevivência, biofilmes
Bacillus anthracis, Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae
Ex.:
Flagelos
Flagelos
São longos apêndices que propelem as bactérias
Responsáveis pela motilidade em meio líquido
proteína fibrosa (flagelina)
A - monotríquio B - lofotríquio
C - anfitríquio D - peritríquio
As células bacterianas possuem quatro arranjos de flagelos:
Constituição:
o corpo basal (vários anéis que ancoram o flagelo à membrana citoplasmática),
uma estrutura curta em forma de gancho e,
filamento helicoidal longo (região mais externa que contém a proteína flagelina)
Formação:
Obs.: bactérias atríquias: sem flagelos
Flagelo procariótico é um rotor helicoidal semi-rígido que move a célula rotando sobre o corpo basal, dependente da geração contínua de energia
Vantagens:
movimentação em direção à ambientes favoráveis e desvios de ambientes adversos
Flagelos
Filamento Axial
Feixes de fibrilas que originam-se nas extremidades das células, sob uma bainha externa, e fazem um espiral em torno das células.
Função:
movimentação, motilidade
A rotação dos filamentos produz um movimento da bainha externa que propele as espiroquetas em movimento espiral ("saca-rolhas").
Estrutura presente nas espiroquetas
Fímbrias e Pili
Fímbrias

Apêndices semelhantes a pêlos presentes em bactérias Gram negativas
Função:
fixação
fatores de virulência
Pili
Normalmente são mais longos que as fímbrias. Apenas um ou dois por células.
Função:
transferência de DNA de uma célula para outra
Estrutura semi-rígida que recobre a membrana
citoplasmática (frágil) e confere forma às bactérias
Parede Celular
Estrutura complexa e semi-rígida que circunda externamente a membrana plasmática.
confere forma e proteção às células,
mantém a pressão osmótica intrabacteriana (impede o rompimento) e
funciona como suporte de antígenos somáticos bacterianos
Função:
Importância:
contribui como fator de virulência em algumas espécies,
local de ação de certos antibióticos,
composição química pode ser utilizada para diferenciação bacteriana
Composição:
peptideoglicanos (mureína), presente isoladamente ou combinados

dissacarídeo repetitivo unido por polipeptídeos para formar uma "rede"
N-acetilglicosamina (NAG) e ácido N-acetilmurâmico (NAM)
Combinados com: aminoácidos L-alanina, D-alanina, ác. D-glutâmico e lisina ou ác. diaminopimélico (DAP), ácido teicóico, além de carboidratos e lipídeos
bactérias Gram + e Gram - , micobactérias (BAAR); micoplasma e ureaplasma (sem parede celular); domínio
Diversidade:
Archeae
Composição da Parede Celular
Organização das unidades repetitivas formando a camada de peptideoglicano.
a) Ligação cruzada em bactérias Gram -
b) Ponte interpeptídica de glicina em bactérias Gram + ( )
c) Várias fitas de peptídeoglicano unidas por ligações cruzadas.
Staphylococcus aureus
(Fonte: Madigan et al., 2010)
Ligações cruzadas entre as cadeias de tetrapeptídeos
Obs.: DAP (ácido diaminopimélico) ocorre nas Gram - e pouco em Gram +; Lys (lisina), maioria dos cocos Gram +
Paredes Celulares de Bactérias Gram + e Gram -
– uma única camada de peptideoglicano
– uma membrana externa
– espaço periplasmático
Gram positivas:
Gram negativas:
– muitas camadas de peptidioglicano
– curta cadeia de peptídeo aderida ao ác. murâmico;
– presença de ácido lipoteicóico
70 - 90 % de peptídeoglicano (maior rigidez)
10-20 % de peptídeoglicano (menor rigidez)
bicamada de fosfolipídeo com lipopolissacarídeos (LPS-endotoxinas) e proteínas (porinas)
transporte através da membrana plasmática
2ª ETAPA:
- subunidade é transferida enzimaticamente do nucleotídeo para um carreador lipídico (bactoprenol) e uma subunidade completa é construída (dissacarídeo pentapeptídeo com ponte peptídica anexada)
montagem do PG
3ª ETAPA:
- as subunidades completas são então exportadas para a parede celular. Após a liberação do bactoprenol, este é recirculado na membrana celular e reutilizado
- esqueleto de glicano da parede celular existente é degradado enzimaticamente (por autolisinas) para permitir a inserção da nova subunidade sintetizada. A ligação cruzada da cadeia lateral do peptídeo (subunidade inserida) à cadeia existente ocorre por enzimas (proteínas ligadoras a penicilina)
Coloração de Gram
Começa no interior do citoplasma, na fase citoplasmática e pela formação do UDP ácido
N-acetil-muramico e N-acetil-glicosamina. Vem até à membrana citoplasmática.
Aqui liga-se a um carregador, que é o undecaprenol, dito de uma forma muito
simplificada. Atravessa a membrana citoplasmática, e é já na membrana externa da membrana citoplasmática, que são montados os resíduos, dando-se aquela quebra e o cross-linking. Portanto fica depois tudo isto montado como se fosse umas placas de betão armado, qualquer coisa assim desse género, que surge hoje nas engenharias. Materiais que são pré-fabricados e que depois são montados assim ali e ligados de uma forma contínua no exterior. Obviamente, devo-vos dizer que existem, e isto está muito bem caracterizado nas grampositivo, autolisinas que também degradam o excesso de mucopeptídeo. É o mucopeptídeo, a parede, que vai dar forma à bactéria, portanto ela para ficar redonda, ou para ficar mais alongada, tem que ser degradada nalguns pontos.
O que é fabuloso em termos de aspectos genéricos da síntese desta parede, é que a
bactéria não acumula percursores, a bactéria não tem reservatórios por exemplo de
ácido N-acetil-murânico ou N-acetil-glicosamina. Ela começa a sintetizá-los logo que
precisa deles, mas a síntese acaba por ser contínua, porque também a parede está
continuamente a degradar-se, aliás como a membrana, porque está a ser constantemente
atacada. Quando o metabolismo energético da bactéria não lhe permite acudir a tantos
pontos de agressão e começa a ter problemas de recuperação da parede e sobretudo da
membrana, a bactéria acaba por morrer. É o peptidoglicano que confere rigidez estrutural à bactéria gram positivo. É uma substância que se torna insolúvel, quando são retirados aqueles resíduos de ácidos aminados. Enquanto está na fase citoplasmática e na fase membranar é hidrossolúvel, mas depois torna-se insolúvel na água.
Estes ácidos teicóicos, obviamente que são solúveis, são hidrossolúveis. Não conferem
propriamente rigidez, funcionam muitas vezes como antigénios, têm funções ainda
muito pouco esclarecidas.
Resumo da biossíntese do peptidoglicano:
Fase citoplasmática:
- Produção dos percursores peptídicos
Fase membranar
- Transporte daquelas substâncias através da membrana citoplasmática
Fase parietal
- Interligações interpeptídicas
interligações interpeptídicas
Hans Christian J. Gram
1884 - Técnica de Gram
Paredes Celulares Atípicas
Micoplasmas
menores bactérias conhecidas que podem crescer e se reproduzir fora das células vivas de hospedeiros
nao possuem parede celular ou têm muito pouco material de parede
membrana plasmática contendo lipídeos denominados esteróis que os protegem da lise
Arquibactérias
não possuem paredes ou possuem paredes celulares incomuns compostas de polissacarídeos e proteínas
Camada S: camada superficial paracristalina, composta por proteínas ou glicoproteínas
pseudopeptideoglicano
(Fonte: Madigan et al., 2010)
- permeável a pequenas moléculas pela presença de porinas, que permitem a passagem de moléculas hidrofílicas de baixa massa molecular

- propriedade tóxica: associada ao lipídeo A (endotoxina) do LPS. Ex. de gêneros patogênicos:


- polissacarídeos O do LPS atuam como antígenos e são úteis para diferenciar espécies de bactérias Gram-negativas
Membrana externa:

Escherichia, Salmonella e Shigella
bactérias Gram-positivo
bactérias Gram-negativo
Diagrama esquemático das paredes celulares
Micobactérias
possuem ácidos micólicos complexados com polissacarídeos e peptídeos. Peptídeoglicano com ácido N-glicolilmurânico ao invés de ácido N-acetilmurâmico
BAAR - bacilos álcool-ácido resistentes (método de coloração de ZIEHL-NEELSEN)
parede celular lipídica - gradiente de fluidez com orientação contrária à de bactérias Gram negativas: regiões externas mais fluídas que as internas
permite a sobrevivência em macrófagos e aderência entre bactérias
resistência à corrosivos e ácidos ou álcalis fortes. Resistência ao ressecamento
Membrana Plasmática ou Citoplasmática
Fina estrutura situada no interior da parede celular, revestindo o citoplasma da célula
Formada principalmente por uma bicamada de fosfolípídeos e proteínas
- Modelo do mosaico fluido -
Fosfolipídeos são moléculas anfifílicas, possuem uma extremidade polar e outra apolar
- barreira altamente seletiva;
- sítio de regulação de acesso e eliminação de compostos para a célula;
- geração de energia metabólica através de um gradiente de concentração de prótons;
- localização de muitas enzimas metabólicas;
- aloja várias enzimas do metabolismo respiratório (funções das cristas mitocondriais);
- controla a divisão bacteriana através dos mesossomos (invaginação e septo)
Função
Membrana é pouco permeável para compostos polares e/ou com carga elétrica
a. Difusão facilitada (passiva) gradiente de concentração;

b. Transporte dependente de proteínas de ligação;

c. Transporte quimiosmótico impulsionado (força motriz de prótons ou sódio):













d. Translocação de grupo (metabolismo vetorial): captação de determinados açúcares com fosforilação do substrato durante o transporte (sistemas de fosfotransferase);
Função:
Transporte de solutos pela Membr. Plasmática
- Uniporte: transporte de 1 substrato independente de qualquer íon acoplado;
- Simporte: transporte simultâneo de 2 substratos na mesma direção por um
único transportador. Ex.: um gradiente de H+ pode permitir o simporte de um íon de carga oposta (glicina) ou de uma molécula neutra (galactose);
- Antiporte: transporte simultâneo de 2 compostos de mesma carga no sentido contrário. Ex.: H+ e Na+
Membrana Plasmática ou Citoplasmática
A maioria das membranas citoplasmáticas procarióticas não contém esteróis (colesterol), por isso são menos rígidas que as células eucarióticas.

Exceção são os micoplasmas, que não possuem parede celular, e sim esteróis junto à membrana citoplasmática ajudando a manter sua integridade.
Citoplasma
Ribossomos
Citoplasma
Solução concentrada de proteínas, ácidos nucléicos, monômeros, carboidratos, lipídeos e íons, dissolvidos em água
É espesso, aquoso, semitransparente e elástico
Cromossomo
Cromossomo
Molécula única, longa, contínua, arranjada de forma circular de DNA de fita dupla
Informação genética da célula
Contêm todos os dados necessários para as estruturas e funções celulares
Não são circundados por uma membrana nuclear e não incluem histonas
Encontram-se afixado à membrana plasmática
Plasmídeos
Pequenas moléculas de DNA fita dupla circular e extracromossômico
Replicam-se independente do DNA cromossômico
Podem ser transferidos, ganhos ou perdidos, sem lesar a célula
Biotecnologia
Ribossomos
transferência de genes de resistência a antibióticos, tolerância a metais tóxicos, produção de toxinas e síntese de enzimas. Genes de virulência ou de resistência.
Locais de síntese protéica
Compostos de duas subunidades: proteína e rRNA
Procariotos 70S: contém uma subunidade grande (50S) e uma pequena (30S)
Eucariotos 80S: contém uma subunidade grande (60S) e uma pequena (40S)
São caracterizados pelo coeficiente de sedimentação, unidades Svedberg (S)
Mesossomas
Mesossomas
Dobras ou invaginações da membrana citoplasmática.
Função: relacionada com a divisão celular e com a produção de energia.
Inclusões
Inclusões
Vários tipos de depósitos de reserva:
- Macromoléculas: concentradas nas inclusões evitam o aumento da pressão osmótica que ocorreria se estivessem dispersas no citoplasma;
- Grânulos Metacromáticos: apresentam metafosfatos e polifosfatos que podem ser usados na síntese de ATP;
- Grânulos Polissacarídeos: compostos por amido e glicogênio;
- Inclusões Lipídicas: armazenamento de lipídeos;
- Grânulos de Enxofre: energia para metabolismo através de compostos de enxofre
- Carboxissomos: contêm enzima ribulose, utilizada na fixação de CO ;
- Vacúolos de Gás: cavidades ocas, cilindros recobertos por proteínas;
- Magnetossomos: inclusões de óxido de ferro;
Endosporo
Endosporo
As células são desidratadas e tornam-se altamente duráveis com paredes espessas e resistentes ao calor.

Quando algum nutriente “chave” se esgota, ocorre a esporulação.
Bacillus e Clostridium
Estrutura de resistência presente em bactérias esporogênicas
Células especializadas "de repouso"
2
CONCURSO PÚBLICO PARA PROVIMENTO NO CARGO DE PROFESSOR
DE ENSINO SUPERIOR - EDITAL Nº. 113/2013 - PRORH

Revolução na Classificação dos Seres Vivos
Carl Woese (1928 - )
Aspectos evolutivos (filogenéticos): comparação das sequências de genes que codificavam o rRNA
Organismos filogeneticamente próximos exibiriam maiores semelhanças e menor diversificação nas sequências de genes rRNA
Candidata: Dra. Marina de Castro Ferrarezi Soares
Setembro, 2013

Madigan et al., Microbiologia de Brock, 2010
Definição clássica de "microbiologia" torna-se imprecisa
ramo da biologia, dedicado aos estudos dos seres microscópicos...
Fishelson, L.; Montgomery, W.L.; Myrberg Jr., A.A. (1985) A unique symbiosis in the gut of tropical herbivorous surgeonfish (Acanthuridae: Teleostei) from the Red Sea. Science, 329:49-51.
1999 costa Namíbia

0,8 mm de comprimento X 0,1 a 0,3 mm largura
Thiomargarita namibiensis

Schulz, H.N.; Brinkhoff, T.; Ferdelman, T.G.; Hernández Mariné, M.; Teske, A.; Jørgensen, B.B. (1999). Dense populations of a giant sulfur bacterium in Namibian Shelf sediments. Science, 284:493-495
Os microrganismos não são exceções a essa regra!
Mikros: pequeno, Bios: vida, Logos: ciência
Culturas puras bacterianas?!
Bactérias encontram-se vivendo em comunidades na natureza!
Rickard et al., Trends Microbiol., 11:94-100, 2003
Células individuais crescem de maneira planctônica, raramente é encontrado
Biofilmes
comunidades heterogêneas, associadas a superfícies diversas, formando um ecossistema estruturado altamente dinâmico, que atua de maneira coordenada
associações de microrganismos e de seus produtos extracelulares, que encontram-se aderidos à superfícies bióticas ou abióticas
Resistência a diferentes compostos
Variedade de formas
Diversidade fisiológica e meios de vida
Mecanismos de metabolização
Motilidade
Produção de enzimas e subprodutos
Diferenciação
bacteriana...

Morfologia
Principais diferenças estruturais
Madigan et al., Microbiologia de Brock, 2004
Célula Procariótica
Célula Eucariótica
não podem ser definidos como absolutos
Plano de divisão celular caracteriza o arranjo
Coloração da cápsula bacteriana com tinta da China e fucsina
Camada S
camada de natureza protéica ou glicoprotéica
encontra-se acima da parede celular
- proteção da célula contra flutuações osmóticas, de pH e íons,
- auxílio na manutenção da rigidez da parede celular,
- favorece à aderência dos organismos a superfícies
Funções não totalmente esclarecidas:
BIOSSÍNTESE DO PEPTIDEOGLICANO
1ª ETAPA:
fase citoplasmática
construção dos monômeros de PG
Relembrando a célula procariótica...
Possui DNA (material genético) circular que não é envolto por uma membrana nuclear
- DNA não está associado a proteínas histonas
Parede celular contendo quase sempre peptídeoglicano
Geralmente a divisão celular é por fissão binária (envolve menos estruturas e processos que a divisão de eucariotos)
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