Aula citologia 2011 3

Citologia e Ultraestrutura de Microrganismos Procarióticos

Flagelo -> geralmente associado à motilidade mas também pode ser considerado uma adesina.

- Pontes entre as bactérias

- Ancoragem nas céls HeLa

* Espiroquetas* Espiroquetas→ flagelo interno (periplasma), movimentos em meio com alta viscosidade→ Os filamentos axiais ao darem voltas dentro do invólucro externo fazem a espiroqueta girar como um saca rolhas→ Gancho e anéis→ Cada filamento está ligado em uma de suas extremidades a uma extremidade do cilindro citoplasmático que forma o corpo da espiroqueta:

* * ArqueasArqueas→ Diferentes composição e estrutura dos de Bacteria→ Sem corpo basal / menores→ cisteína→ Rotatório e E próton-motiva

* Proteínas de superfície:

→ Grupo Cytophaga-Flavobacterium → Deslizamento: componentes de superfície celular

→ Hipótese: interação com ptns citoplasmáticas e ptns de ME (requer força próton-motiva)

movimento para frente

Movimentos independentes de flagelo

→ Pili do tipo IV: mobilidade independente de flagelo

→ “twitching”: movimento contração Pseudomonas aeruginosa→ “gliding”: deslizamento Myxococcus xanthus

* Outros tipos de movimentos: * Outros tipos de movimentos:

Movimentos independentes de flagelo

PILI E FÍMBRIAS* Filamentos longos e delgados

* Principal função: Adesão

* Quase em todas Gram –

* Possuem base ligada na membrana plasmática em Gram-positivas e na membrana externa em Gram-negativas

• São prolongamentos pequenos e ocos: → Envolvidos com adesão de bactérias a superfícies e não com movimento

→ 01 pilus é composto por subunidades de pilina

*Receptores específicos para pili presentes em células da cavidade oral, intestino, permitem que a bactéria fique aderida prevenindo contra a ação mecânica da saliva, e de líquidos e comida que passam pelo intestino.

• 02 tipos de pili: 1) Pili de ligação ou fimbrias → curtos

2) Pili de conjugação, F ou sexuais → longos

• 1) Pili de ligação ou fimbrias - Ajudam na adesão de bactérias a superfície

- Intensifica a colonização e contribuindo para a patogênicidadeEx: Cepas de Neisseria gonorhoeae sem fimbrias raramente causam doença. Cepas com

fimbrias são patogênicas e altamente infecciosas pois se aderem as céls epiteliais do sistema urogenital e ao sêmen podendo se disseminar para outro indivíduo.

• 2) Pili de conjugação, F ou sexuais - Encontrado apenas em alguns grupos de bactérias

- Envolvido no processo de conjugação → ligam duas céls fornecendo um caminho para transferência de de material genético (DNA) → contribuição para a variabilidade genética

Neisseria gonohrroeae -> fímbria que apresenta tropismo pelas células epiteliais do trato urogenital

PILI E FÍMBRIAS

• Termo geral para todas as substâncias que contêm polissacarídeos e se encontram além da parede celular = Região rica em carboidratos localizada na superfície externa da célula

∗ Cápsula → camada mais espessa e compacta. Moléculas de polissacarídeos, polipeptídeos ou os dois dispostos num gel ou polímero viscoso. ∗ Camada limosa → mais delgada e mais frouxa ;

CÁPSULACápsula e Camada LimosaCápsula e Camada Limosa

→ rígida, espessa rígida, espessa → Polissacarídeos ou ptns→ Gram + e Gram –→ Funções→ Fator de virulência: espécies patogênicas→ Aplicação: vacinas

* Camada limosa: + fina- fracamente ligada

Funções:-proteger a célula contra danos mecânicos e químicos → Impede a desidratação; maior resistência

-ajuda na captação de nutrientes próximos as células

-permite a ligação entre bactérias e adesão ao meio (superfícies) → Ex: Formação da placa dental → Biofilme → Doenças periodontais e cárie

-pode ser importante nos processos de interação → ligação entre componentes de superfície celular → contribui para a virulência bacteriana (grau com que o patógeno causa doença)

-Impedem o reconhecimento celular e destruição por céls fagocitárias do sistema imune → propriedade antifagocítica

∗ Cápsula → Apenas algumas espécies produzem e nem todas as estirpes apresentam cápsula. Dependendo das condições do meio, a bactéria pode não expressar. A composição da cápsula é exclusiva da estirpe que a secreta

BIOFILME* Comunidade bacteriana aderida a superfícies inertes ou vivas – embebidas

em matriz de exopolissacarídeos

* Heterogêneos

* Etapas:

4) Adesão

5) Maturação: aumento de diversidade e complexidade

6) Ruptura de camada externa

- Colonização de novas superfs.

* Limitações:

• Oxigênio/nutrientes∀ ↓ pH

• Acúmulo metabólitos tóxicos

BIOFILME

* Passo essencial: ligação da bactéria à superfície sólida

* Teoria:

- proximidade para contato inicial (fvw, eletrostáticas e hidrofóbicas)

- ligação forte a superfície: exopolissacarídeos e ligantes como pili: complexação com a superfície

Biofilme -> formação de “comunidades” bacterianas -> necessita a interação célula-célula

Comunicação bacteriana -> autoindutores -> Homoserina lactona-> controle da expressão de fatores de virulência extracelulares (elastase e toxinas).

Citologia

Parede celular

Membrana citoplasmática

Ribossomos

Inclusões e grânulos

Cápsula

Flagelos

PiliNucleóide

Endosporos

• Confere às células sua “individualidade”;

• Constituídas principalmente de fosfolipídeos e proteínas →

Modelo do Mosaico fluido

Citologia Bacteriana – Membrana CitoplasmáticaCitologia Bacteriana – Membrana Citoplasmática→ Bicamada fosfolipídica externo ao citoplasma e interna à parede celularBicamada fosfolipídica externo ao citoplasma e interna à parede celular

→ Ptns inseridas: (a) Periféricas, (b) Integrais (Canais)Ptns inseridas: (a) Periféricas, (b) Integrais (Canais)

→ Ausência de esteróis (exceção Ausência de esteróis (exceção gênero Mycoplasma ))

→ Funções: Funções:

(i) Permeabilidade seletiva(i) Permeabilidade seletiva

(ii) Produção de energia(ii) Produção de energia

(iii) Divisão celular(iii) Divisão celular

(iv) Formação de endosporos(iv) Formação de endosporos

(v) Síntese da parede celular(v) Síntese da parede celular

Funções:

2) Permeabilidade seletiva e transporte de solutos;

• Desempenha funções realizadas por organelas eucarióticas;

• Transporte de elétrons e fosforilação oxidativa em espécies aeróbias, Contém enzimas que catalizam reações químicas que degradam nutrientes e produzem ATP

• Ajuda na replicação do DNA, sintetiza componentes da parede celular;

• Tb contém a base dos flagelos e é responsável pelo movimento dessa estrutura

* Lipídios de membrana

Domínio Bacteria→ Glicerolipídios (fosfolipídeos, fosfatidil glicerol, fosfatidil

glicerol acilado, difosfatidil glicerol e fosfatidil glicerol fosfato)

→ Fosfolipídeos: principais

* Ácidos graxos: maior insaturação, maior fluidez

Fluidez de membrana

1- Lipídios

∗ Moléculas anfípáticas;

→ em Bacteria e Eukarya os ácidos graxos estão ligados ao glicerol por ligações ÉSTER

→ em Archaea, os lipídios apresentam ligações ÉTER entre o glicerol e suas cadeias hidrofóbicas.

Composição:

Característica principal é a fluidez → regula a entrada e saída de substâncias na célula através de

diferentes mecanismos de transporte

Eucariotos (contém esterol)∗ Lipídios mais abundante: fosfolipídios (fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina e esfingomielina)

Estérois → eucariotos, bactérias metanotróficas e membros do gênero Mycoplasma → não possuem parede celular mas apresentam esteróis em sua membrana citoplasmática para conferir maior rigidez e resistênciaHopanóides → descrito apenas em espécies do domínio Bacteria → similares aos esteróis → podem ter função semelhante

ComposiçãoComposição→ Hopanóides (triterpenóides pentacíclicos semelhantes ao esterol)→ Gram + e Gram –→ Mesmas funções: fluidez e permeabilidade→ Mycoplasma spp e Serpulina hyodysenteriae

* Esterol compensa falta de parede celular

* Lipídios de membrana Domínio Archaea (termófilos, termoacidófilos e halófilos)

→ Glicerolipídios e Glicolipídios → Ligação do tipo ÉTER entre fitanol-saturado e glicerol (↑ estabilidade química e resistência à hidrólise) * do tipo arqueol: formam bicamada típica (diéter)* do tipo cardaquiol: formam monocamada (tetraéter)

- resistência e rigidez: sem alteração de insaturação

ComposiçãoComposição

→ Principais lipídios: glicerol éter e diglicerol tetraéter

ComposiçãoComposição

DefiniçãoDefinição

* Fina / fluida / envolve a célula

* Lipídios, proteínas e carboidratos

* Variação entre Bacteria, Archea e Eukarya

Membrana Bactéria Archaea Eucarya

Conteúdo proteico

Alto Alto Baixo

Composição lipídica

fosfolipídeos Sulfolipídeos, glicolipídeos, hidrocarbonetos ramificados, isoprenoides, fosfolipídeos

fosfolipídeos

Estrutura dos lipídios

cadeia linear cadeia ramificada cadeia linear

Ligação dos lipídos

éster éter (di e tetraeter) éster

Transportes de SubstânciasTransportes de Substâncias

Bactérias e arqueas: nutrientes obtidos por permeabilidade da MC e sistemas de transporte

* Que não requerem energia: → Difusão Passiva * + [ ] para – [ ] * Carboidratos e aminoácidos

* Que não requerem energia:→ Osmose

- Água em resposta a [ ] soluto

* Que não requerem energia:

→ Difusão facilitada

- Proteínas transportadoras – movimento para dentro e pra fora

- Sem gradiente de [ ] e energia

- Exemplo: glicerol

→ Transporte Transporte PASSIVOPASSIVO de substâncias pela membrana: de substâncias pela membrana:

Sem gasto de energiaSem gasto de energia

A favor do gradiente de concentraçãoA favor do gradiente de concentração

Difusão SimplesDifusão Simples ⇒⇒ Água, etanol, uréia, gases (CO Água, etanol, uréia, gases (CO22 e O e O22) e molécs lipofílicas ) e molécs lipofílicas

pequenaspequenas

Difusão FacilitadaDifusão Facilitada ⇒⇒ Através de UNIPORTER ou CANAIS PROTÉICOS Através de UNIPORTER ou CANAIS PROTÉICOS

(Permeases) Ex. K(Permeases) Ex. K++, H, H22O, bases nitrogenadas O, bases nitrogenadas

OBS: Osmose = Difusão da água (aquaporinas)OBS: Osmose = Difusão da água (aquaporinas)

Transportes de SubstânciasTransportes de Substâncias

Transportes de SubstânciasTransportes de Substâncias

* Que requerem energia:

→ Transporte ativo (uniporte, simporte e antiporte)

- Permeases – canal – contra o gradiente – força próton-motiva

Membranas InternasMembranas Internas

Invaginações ou continuidade

* Bactérias nitrificantes

- Enzima-chave oxidação amônia

* Bactérias fotossintéticas

- Bacterioclorofila e pigmentos de captação de luz

GERAÇÃO DE ATP

Em bactérias fotossintéticas, apresentam pigmentos e enzimas em dobras da membrana citoplasmática → estruturas denominadas

cromatóforos ou tilacóides

• 80% é composto por H2O → contendo proteínas, lipídeos, carboidratos, íons

• Contêm nucleóide, ribossomos e inclusões

• Não apresenta citoesqueleto

• Nucleóide = área do núcleo

• Ausência de um núcleo individualizado circundado por membrana

• Consiste no cromossomo bacteriano →DNA dupla fita circular

• Está fixado à membrana plasmática → ptns de membrana ajudam na replicação do DNA e segregação dos cromossomos para as céls filhas

• Ptns associadas porém não apresenta histonas

• Bactérias frequentemente apresentam plasmídios

• Pequenas moléculas de DNA dupla fita, geralmente circulares

• São elementos genéticos extracromossômicos → Se replicam independente do DNA cromossômico → tb parece estar associado a ptns de membrana → podem ser transferidos de uma bactéria para outra

• Possuem informações genéticas complementares ao cromossomo bacteriano

- Ex: Resistência a antimicrobianos, tolerância a metais tóxicos, síntese de enzimas e produção de toxinas

• 70S → contendo uma subunidade menor 30S e uma subunidade maior 50S

Locais da síntese protéicaLocais da síntese protéica→ ~15.000 ribossomos~15.000 ribossomos→ Subunidades:Subunidades:

50S50S 30S30S

• Abundantes no citoplasma, estão frequentemente agrupados em cadeias longas chamadas poliribossomos

• Funcionam como local de síntese proteica (alvo seletivo de ação de antibióticos → inibe a síntese de ptns)

• Possuem duas subunidades uma grande e outra pequena e são constituídos de ác ribonucléico (rRNA) e ptn

- Ex: O tamanho relativo dos ribossomos e de suas subunidades pode ser determinado através do coeficiente de sedimentação expresso em unidades Svedberg (S).

• Os de procariotos são menores 70S que os de eucariotos 80S

• Inclusões → Depósitos de reserva (armazenamento de nutrientes) em forma de vesículas ou grânulos (substâncias altamente compactadas que não se dissolvem no citoplasma)

• Evitam o aumento da pressão osmótica

• Existem inclusões comuns e específicas que ajudam na identificação de determinadas espécies (potencial diagnóstico)

• Exemplos de Inclusões: 1) Inclusões lipídicas → Fonte de C e E (ác. Poli-beta-hidroxibutírico)

2) Grânulos polissacarídicos → glicogênio e amido

3) Vacúolos de gás (direcionam bactéria fotossintéticas para obter quantidade suficiente de luz - fototaxia)

4) Grânulos metacromáticos→ reserva de fosfato inorgânico (polifosfato)

5) Carboxissomos → vesículas contendo a enzima ribulose 1,5-difosfato →enzima necessária para a fixação do CO2 durante a fotossíntese (cianobactérias)

6) Magnetossomos → inclusões de óxido de ferro (Fe3O4) que agem como imãs, servindo para movimentação e decomposição de peróxido de hidrogênio.

• Estágio de repouso produzido pela célula vegetativa de algumas espécies bacterianas (Ex: Bacillus e Clostridium)

• Cada célula produz apenas 01 esporo

• Esporo bacteriano →sobrevivência em meio adverso

• É diferente do esporo fúngico →reprodução

• São formados dentro da célula, possuem muito pouca água

• Altamente resistentes ao calor, desidratação, acidez, alcalinidade, desinfetantes e a radiação

- A escassez de nutrientes leva a esporulação, porém alguns pesquisadores acreditam que a formação dos esporos faça parte do ciclo vital normal das bactérias e que alguns esporos seriam formados mesmo em condições ambientais favoráveis.

EndosporosEndosporos→ →Formas de vida metabolicamente Formas de vida metabolicamente inertesinertes de de Bacillus Bacillus e e Clostridium Clostridium (Repouso)(Repouso)→Resistência: Resistência: Calor, dessecamento, ácidos, HCalor, dessecamento, ácidos, H22OO22, desinfetantes, radiação, , desinfetantes, radiação, lisozima, ...lisozima, ...→ Sobrevivência por anosSobrevivência por anos→ Estrutura:Estrutura:

ExospórioExospório ⇒⇒ Proteínas Proteínas CapaCapa ⇒⇒ Proteínas Proteínas CórtexCórtex ⇒⇒ Peptídeoglicano frouxo Peptídeoglicano frouxo NúcleoNúcleo (Desidratado; [Ác. Dip])↑ (Desidratado; [Ác. Dip])↑

Parede celularParede celular Membrana citoplasmáticaMembrana citoplasmática Nucleóide e outros Nucleóide e outros

→ Ácido dipicolínicoÁcido dipicolínico (Nu) é exclusivo de esporos (Nu) é exclusivo de esporos

ExospórioExospório

Capa Capa

CórtexCórtex

NúcleoNúcleo

CaCa++

++

CaCa++

++

EsporulaçãoEsporulação

Condicionada pela exaustão de nutriente essencial (C ou N)Condicionada pela exaustão de nutriente essencial (C ou N) Parede CelularParede Celular

Nucleóide pós-Nucleóide pós-replicaçãoreplicação

Membrana Membrana citoplasmáticacitoplasmática

Septo do esporo (Invaginação Septo do esporo (Invaginação da membrana)da membrana)

Nucleóide do esporo isoladoNucleóide do esporo isolado

Membrana interna do esporoMembrana interna do esporo

Novo envoltório para o Novo envoltório para o nucleóide do esporonucleóide do esporoMembrana externa do esporoMembrana externa do esporo

Formação do córtex entre as Formação do córtex entre as membranas, e de dipicolinato membranas, e de dipicolinato

Formação do capa do esporo Formação do capa do esporo

Capa do esporo Capa do esporo

Formação do exospório Formação do exospório Degradação da porção vegetativa Degradação da porção vegetativa

Citologia Bacteriana – EsporulaçãoCitologia Bacteriana – Esporulação

GerminaçãoGerminação (Minutos)(Minutos)i) Ativação i) Ativação Lesão da membrana + nutrientes específicos Lesão da membrana + nutrientes específicos

ii) Germinação ii) Germinação Perda do dipicolinato e revestimentos Perda do dipicolinato e revestimentos

iii) Extrusãoiii) Extrusão

ExospórioExospório

Capa Capa

CórtexCórtex

NúcleoNúcleoGerminação Germinação

Extrusão Extrusão

Importância MédicaImportância Médica→→ Antraz – Antraz – Bacillus anthracisBacillus anthracis→ Tétano – Tétano – Clostridium tetaniClostridium tetani→ Botulismo – Botulismo – Clostridium botulinumClostridium botulinum→ Gangrena gasosa – Gangrena gasosa – Clostridium perfringensClostridium perfringens

* Necessitam de métodos especiais para matá-los durante a esterilização, caso contrário, eles germinam e crescem em locais que

supostamente deveriam estar estéreis.