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Microbiologia e Biologia dos Fungos

(MBF) 2010/2011

Ana Cristina Ribeiro Gomes

Microbiologia e Biologia dos Fungos (2010-2011) Ana Cristina Ribeiro Gomes

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MICROBIOLOGIA E MICRORGANISMOS

Microbiologia Microbiologia – estudo dos microrganismos, ou seja, dos organismos microscópicos. Microrganismo / Micróbio – organismos vivos mais pequenos. São um grupo grande e

diversificado de seres microscópicos que existem como células isoladas ou em grupos de células onde também estão incluídos os vírus (microscópicos mas acelulares).

Acelulares – vírus (ébola, gripe, bacteriófago T4, vírus do feijão-frade), priões;

Procariotas – bactérias (Staphylococcus, Frankia, Spirochaeta zuelzerae, Haloquadratum walsbyi) e arqueas / arquebactérias (Methanopyrus kandleri, Methanococcus janaschii, Archaeoglobus);

Eucariotas – algas (Dinophysis, Euglena, Protoperidinium, Corethron (diatomácia e desmídia), volvox), fungos (Aspergillus Níger, Penicillium, Leveduras) e protistas / protozoários (Giardia lamblia, Paramecium, Naegleria fowleri (amiba), Tetrahymena thermophila).

A microbiologia é uma ciência biológica aplicada, pois exerce funções fundamentais na vida humana e em actividades naturais na Terra. Assim, os microrganismos são usados e controlados em benefício do homem, para a resolução de problemas práticos em áreas de agricultura, medicina, indústria e no ambiente.

Microrganismos

Os microrganismos são as ferramentas mais acessíveis para investigar a natureza dos processos biológicos devido: à sua simplicidade anatómica; ao seu crescimento rápido em condições controladas; à capacidade de obtenção de uma grande densidade celular homogénea; a propriedades bioquímicas que são semelhantes às dos organismos multicelulares; à facilidade de uso em estudos genéticos (selecção de mutantes e recombinantes genéticos raros).

Ao longo da história da Humanidade, os microrganismos influenciaram guerras (soldados transportadores de doenças infecciosas) e cidades (disseminação de agentes infecciosos por falta de condições). Sendo os microrganismos os principais precursores das grandes pandemias mundiais, como a peste bubónica, a varíola, a sífilis, a pneumonia, a tifo e a cólera.

As civilizações primitivas fomentaram suspeitas da existência de criaturas não visíveis a olho nu (micróbios), no entanto, as primeiras observações de microrganismos só foram possíveis no século XVII. No século XIX é reconhecida a enorme diversidade e importância destes seres, pois a evolução da microbiologia esteve sempre dependente do desenvolvimento do microscópio.

Antony van Leuwenhoek – primeira observação de microrganismos através de microscópio solar. Fase descritiva → Fase experimental.

Aristóteles- Geração

espontânea

Louis Pasteur- Fermentações responsáveis

por microrganismos- Fim da teoria da geração

espontânea- Vacina contra o carbúnculo

- Vacina contra a raiva- Imunologia como ciência

- Conceitos: Fermentação e anaerobiose

John Tyndall, Ferdinand

Cohn- Bactérias e

calor- Tindalização (esterilização descontínua)

Richard Petri- Placas de

Petri

Robert Koch (Prémio obel da

Medicina)- Bactérias a

causa da doença- Obtenção de culturas puras

- Postulados de Koch

Christian Gram

- Técnicas Gram

Alexander Fleming (Prémio Nobel)

- Penicilina


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Postulados de Koch – identificação do agente etiológico da doença em plantas e animais:

1. Um microrganismo específico deve estar sempre associado a cada caso de doença;

2. O microrganismo suspeito deve ser isolado e capaz de crescer em cultura pura; 3. A inoculação da cultura deve ser capaz de produzir a mesma doença num

animal susceptível; 4. O mesmo organismo dever ser isolado a partir do animal doente.

Os postulados nem sempre são cumpridos, principalmente quando os microrganismos não são cultiváveis em laboratório, quando são patogénicos para o homem e não para animais de laboratório ou quando a doença é causada por patogénicos oportunistas.

Origem e Distribuição dos Microrganismos

Foi o aparecimento dos primeiros organismos do planeta que, provavelmente, criaram a sua atmosfera. Estes organismos vivem em todo lado onde a vida é possível e possuem uma fascinante diversidade. A biosfera depende das suas actividades, pois são organismos que conseguem influenciar as populações, incluindo a sociedade humana, de variadíssimas formas.

Registos fósseis: Cianobactérias; Estromatólitos fossilizados (África do Sul). Estromatólitos – rochas estratificadas, formadas por incorporação de carbonatos de

cálcio, sulfatos de cálcio e outros minerais em massas filamentosas de cianobactérias e outros microrganismos em meio aquático.

Desde a sua origem os microrganismos sofreram anos de evolução, adaptação e expansão. Actualmente, surgem em todo o lado, nos locais mais inconcebíveis: solo, água, ar e em associação com outros organismos (ubíquos).

São resistentes a enormes diferenças de temperatura, de pH e salinidade, podendo viver no interior de rochas (Antárctida), em associação com plantas, Homem e outros animais (simbioses).

Vias bioquímicas: heterotróficas, autotróficas, quimiotróficas, fototróficas, recirculação de nutrientes, fixação de azoto (desnitrificação), mineralização, decomposição, doenças, endotoxinas, parasitismo, simbiose, comensalismo, mutualismo, produção e consumo (aeróbios e anaeróbios) de oxigénio.

Para além de estarem em todo o lado, eles manipulam o meio ambiente no qual vivem, de tal forma que levam ao desenvolvimento e formação de muitos ecossistemas, permitindo, assim, a evolução de organismos mais complexos.

São a forma de vida dominante e mais abundante no Planeta Terra.


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CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS

Sistemas de Classificação

Procariota – ausência de núcleo. Eucariota – Presença de núcleo. ANIMALIA – ingestão. FUNGI – absorção. MONERA – procariotas. PROTISTA –

eucariotas unicelulares. PLANTAE – fotossíntese. Árvore filogenética universal – 3 linhagens celulares / domínios evolutivamente

distintos, sendo 2 linhagens procarióticas e 1 eucariótica: Bacteria, Archaea, Eukarya. Estas relações evolutivas são determinada com base nos genes do RNA ribossómico.

Origem da Célula Eucariótica Considera-se que existiu um ancestral comum, do qual surgiram os restantes seres,

sendo o último ancestral comum, das Bactéria e Arquea, um ser hipertermófilo e mesófilo. No estudo da origem das células eucarióticas surgem 2 teorias: endossimbiótica e a da

invaginação da membrana citoplasmática. A teoria endossimbiótica é a hipótese mais aceite, na qual se considera a formação do

núcleo como o primeiro evento. O ancestral comum dos eucariontes seria uma célula resultante da fusão de uma bactéria e uma arquea, primitivas.

Posteriormente à fusão de organismos, surgiram as mitocôndrias (Proteobacteria – com respiração aeróbica) e os cloroplastos (Prochloron – vive dentro de invertebrados marinhos).

Hipótese da fusão dos genomas:

Bacteria Archaea Eukarya

Tipo de célula Procariótica Procariótica Eucariótica

Parede celular Com peptidoglicanos Com pseudo-peptidoglicanos Quando presente, não tem peptidoglicanos

Lípidos na membrana citoplasmática Ligações éster (cabeças polares - caudas de ácidos gordos)

Ligações éter Ligações éster

RNA polimerase Uma (4 subunidades) Várias (8-12 subunidades cada) Três (12-14 subunidades cada)

tRNA iniciador Formilmetionina Metionina Metionina

2 Reinos(Animalia, Plantae)

Terceiro Reino(Protista)

5 Reinos(Animalia, Plantae, Protista,

Fungi, Monera)

6 Reinos(Eubacteria, Archaebacteria -

divisão de Monera)

Associação simbiótica entre 2 espécies

procarióticas (bacteria e archaea). Fusão

originando uma única célula

Genes archae envolvidos no metabolismo e

biossíntese de lípidos e genes bacteriais

envolvidos na transcrição e tradução,

sãoperdidos

Endossimbiose de uma bactéria resulta na

formação da mitocôndria. O sistema endomembranar cria o

núcleo e outros organelos (ER e Golgi)

Segunda endossimbiose de uma cianobactéria

resulta em cloroplastos

Células eucarióticas vegetais e animais

Célula archeae engloba uma célula bacteriana

mais pequena e estabiliza uma relação

endossimbiótica

Genes do endossimbionte são transferidos para a célula hospedeira

Ter-se-ão originado, assim, as mitocôndrias

ou foram acrescentadas por uma segunda

endossimbiose. Sistema endomembranar origina o núcleo e

outros organelos (ER e Golgi)

Endossimbiose subsequente de uma cianobactéria resulta

num cloroplasto

Células eucarióticas vegetais e animais


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ORGANIZAÇÃO E ULTRAESTRUTURA DOS MICRORGANISMOS PROCARIÓTICOS

Célula Bacteriana A simplicidade estrutural, a ausência de compartimentos intracelulares e funções

metabólico-fisiológicas associadas à membrana citoplasmática, são características das células bacterianas.

São organismos com dimensões muito reduzidas apesar de existirem alguns com dimensões grandes (bactérias gigantes descobertas na última década). O tamanho considerado como “Padrão” é a do Escherichia coli.

Na generalidade, a diferença de tamanho entre uma célula procariótica e uma eucariótica é significativa.

Como a taxa de metabolismo aumenta com a razão superfície/volume, as bactérias com uma área superficial proporcionalmente aumentada, conseguem efectuar trocas rápidas de nutrientes e de outros materiais, com o meio envolvente.

Estas células apresentam, essencialmente, 3 formas básicas principais: esférica (cocos), bastonetes (bacilos) e espiral (espirilos e espiroquetas), mas também possuem formas como quadrada e triangular (raras). Estas formas básicas podem sofrer alterações e originar formas de células como: oval, estrelada e periforme.

Cocos – células esféricas. Quando se dividem e permanecem juntos dão origem a diplococos (2 cocos), estreptococos (cocos disposto linearmente), tétrada (divide-se segundo 2 planos), arranjo cubóide e víbrios (dividem-se segundo 3 planos e possuem uma hélice incompleta);

Estafilococos – células que formam uma roseta;

Bacilos – células com forma de bastonete. Quando se dividem e permanecem juntos dão origem a diplobacilos (2 bacilos) e estreptobacilos (bacilos dispostos linearmente);

Cocobacilo – células com uma forma intermédia entre cocos e bacilos;

Espirilos – célula rígidas com espirais /helicoidais pequenas;

Espiroquetas – células flexíveis com espirais / helicoidais. Cadeias pluricelulares – longos filamentos de células, com forma cilíndrica e com

funções metabólicas especializadas, como os heterocistos.

Archaea Estas células possuem uma ampla variedade morfológica (variam por formas esférias,

cilíndricas, espiraladas, lobadas, pleomórficas, filamentosas), com forma irregular e podem aparecer em agregados. Mais recentemente descoberta, a forma rara que podem adoptar, quadrada.

Parede Celular

Parede celular – estrutura exterior à membrana citoplasmática, que confere forma à célula, bem como protecção física e osmótica. A rigidez desta camada deve-se à presença de peptidoglicanos, que são os constituintes essenciais da parede celular e os únicos constituintes capazes de se juntarem a uma membrana exterior.

Muitos procariotas crescem em ambientes hipotónicos (meios de cultura, organismos infectados, águas de rios, lagos,…). Estes seres vão deixar entrar água, no seu interior, na tentativa de igualar as concentrações, que continuamente resultaria na lise da célula.

A parede celular é mecanicamente resistente, impedindo a lise celular e, consequentemente, o choque osmótico. Esta estrutura faz parte da morfologia bacteriana e é o seu principal suporte mecânico, dando estabilidade e sendo uma barreira contra agentes potencialmente nocivos.

O Mycoplasma, fitoplasma e algumas arqueas não possuem parede celular.


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Gram Positivo e Gram Negativo A parede celular das bactérias não é igual em todas as espécies, pois apresenta

diferenças a nível de constituição e composição química. Dentro dessas diferenças existe um diferente comportamento face à coloração de Gram.

Método de coloração diferencial – permite distinguir dois grupos principais de bactérias, por microscopia óptica:

Bactérias de Gram-negativo – cor vermelha devido à coloração por fucsina básica;

Bactérias de Gram-positivo – cor roxa devido à coloração por violeta de cristal. Gram-positivos – possuem parede celular espessa, homogénea e, geralmente, não

estratificada. Assim, apenas possuem peptidoglicanos, numa camada grossa, formando a parede celular.

Gram-negativos – possuem parede celular complexa e estratificada que aparece como uma camada rígida e que possui uma membrana exterior. Assim, possuem uma fina camada de peptidoglicanos e uma membrana exterior a formar a parede celular.

Cadeia de Peptidoglicanos

Na base das diferenças entre gram-positivo e gram-negativo estão os peptidoglicanos / mucopeptídio / mureína.

Peptidoglicano – heteropolímero rígido que impede o choque osmótico, confere forma e dá resistência às células. Macromolécula em forma de saco com estrutura tipo rede que apresenta porosidade para a passagem de moléculas e está presente na maioria das bactérias.

Monómero de peptidoglicano – cadeias lineares de 2 amino-açúcares: molécula de ácido N-acetilmurâmico (NAM) e a molécula N-acetilglucosamina (NAG) juntam-se segundo ligações glicosídicas β (1→ 4). Esta ligação é uniforme para todas as bactérias e está susceptível à acção hidrolítica da lisozima.

A cada molécula de ácido N-acetilmurâmico do monómero ligam-se cadeias peptídicas curtas, geralmente com 4 aminoácidos. As cadeias peptídicas estabelecem pontes interpeptídicas, com cadeias vizinhas (cross-linking), conferindo rigidez à parede celular.

Todas as sequências tetrapeptídicas incluem: L-alanina, ácido D-glutâmico, L-lisina (gram + ) / ácido diaminopimélico (gram - ) e D-alanina. O ácido D-glutâmico, ácido diaminopimélico e D-alanina não existem nas proteínas. A presença de D-aminoácidos serve de protecção contra as peptidases.

A composição qualitativa das cadeias peptídicas e tipo de ligação que estabelecem entre si variam conforme a espécie bacteriana.

Bactérias de Gram-negativo – possuem uma ponte interpeptídica, geralmente com ligação directa entre o grupo amino do ADP (3º), de uma cadeia peptídica, com o grupo carboxilo da D-alanina (4º) terminal, de uma cadeia peptídica adjacente.

Bactérias de Gram-positivo – possuem uma ponte interpeptídica, geralmente com uma cadeia de aminoácidos entre a L-lisina (3º), de uma cadeia peptídica, e a D-alanina (4º) terminal, de uma cadeia peptídica adjacente.

Gram-Positivo Fica roxo Permanece roxo Permanece roxo Permanece roxo

Gram-negativo Fica roxo Permanece roxo Torna-se transparente Fica vermelho

Camada peptidoglicanos (espessa) Membrana Citoplasmática

Membrana externa Camada peptidoglicanos (fina) Membrana Citoplasmática

Fixação com calor Violeta de Cristal Solução de Iodina Etanol Contrastante de Safranin

Exterior Interior

GRAM +

GRAM -


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Gram-Positivo (+) Os peptidoglicanos contituem a maior parte do peso da parede celular. Possui ácidos

teicóicos (só se ligam às proteínas), covalentemente ligados ao NAM, e ácidos lipoteicóicos (ligam-se à parte lipídica da membrana citoplasmática), ligados covalentemente à membrana citoplasmática.

Ácidos teicóicos – polímeros aniónicos (carregados negativamente, logo possuem aniões) hidrossolúveis. Não presentes nas bactérias Gram-negativo. Possuem como radical: D-alanina, glucose, galactose, N-acetilglucosamina, N-acetilgalactosamina (fosfato de glicerol e fosfato de ribitol).

Este tipo de ácidos contribuem para a carga negativa da parede, sendo poderosos agentes quelantes (removem iões), com capacidade de captar catiões divalentes. São os principais antigénios superficiais e que podem funcionar como receptores fágicos, participando no fenómeno da competência (transformação bacteriana) e controlando a ligação de algumas enzimas autolíticas, à parede celular.

Staphylococcus e muitas Gram + possuem uma camada de proteínas à superfície, ligadas covalentemente, ou não, ao peptidoglicano e a ácidos teicóicos. São estas as proteínas que se envolvem, nas interacções da parede celular com o meio ambiente e com as proteínas enzimáticas (autolisinas), que têm um papel importante na morfogénese da parede celular.

Quando a parede está em crescimento, as autolisinas endógenas dos Gram + hidrolisam ligações específicas do peptidoglicano, inserindo novas unidades dissacarídicas no local e tempo próprio. A sua actividade é regulado por inibidores das autolisinas, pois a célula bacteriana é incapaz de as controlar (levando à degradação do peptidoglicano que está a proteger osmoticamente a célula, dando-se a sua lise celular, autólise).

Principais autolisinas – amidases (hidrolisam ligações entre cadeias glicosídicas e peptídicas), muramidases (ligações NAM e NAG), glucosaminidases (ligações NAM e NAG) e peptidases (ligações peptídicas, cadeias e pontes).

A parede celular dos Gram + não contém lípidos com excepção de Mycobacterium, Nocardia e algumas estirpes de Corynebacterium, que apresentam lípidos complexos, de elevado peso molecular, organizados numa estrutura compacta.

Micobactérias – presença de ácidos micólicos na parede celular, fazendo com que esta não seja corada pela técnica de Gram, mas antes pela técnica de Ziehl-Neelsen. A sua parede celular é do tipo Gram + mas mais complexa, sendo constituída por 3 macromoléculas insolúveis (peptidoglicano, arabinogalactano, ácidos micólicos).

Técnica de Ziehl-neelsen – coloração pela fucsina Ziehl (fucsina básica + fenal e calor), sendo resistente à descoloração pelo soluto de Ebner (álcool – ácido clorídrio) originando bactérias resistentes ao álcool-ácido.

Gram-Negativo (-)

Parede celular das bactérias gram-negativo – estrutura diferenciada e complexa, estratificada e não homogénea (Escherichia coli, Salmonella, Pseudomonas). Camada:

mais interna – camada pouco espessa (1 ou 2 camadas) constituída por peptidoglicanos;

mais externa – membrana exterior com espaço periplasmático (periplasma). Gram-Negativo (-) – Membrana Exterior

A membrana externa da parede celular das bactérias Gram-negativo é espessa, com um perfil acentuadamente assimétrico, cujo folheto externo é mais denso e espesso. É, essencialmente, constituída por lipopolissacarídios (LPS), fosfolípidos e proteínas.

Esta membrana contribui para a estabilidade mecânica do invólucro e impede a perda de constituintes, como enzimas periplásticas. Para além disso, constitui uma barreira adicional à permeabilidade (detergentes, antibióticos hidrofóbicos, corantes hidrofóbicos e sais biliares), constituindo uma barreira mais permeável que a membrana citoplasmática.


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O folheto externo possui exclusivamente lipopolissacarídíos, enquanto no interno predominam fosfolípidos e proteínas. É esta característica que confere uma assimetria química e morfológica absoluta.

Lipopolissacarídios (LPS) – moléculas invulgares e mais características dos Gram-negativo. São os principais antigénios somáticos, endotoxinas e receptores para fagos. Apresentam 3 regiões:

Região I: Antigénio O – galactose, abequose, ramnose, manose;

Regiao II: Parte central (core) – polissacarídio composto por açúcares únicos como o ácido 2-ceto-3-desoxioctanóico (KDO);

Regiao III: Lípido A – dissacarídio de glucosamina bifosforilado e esterificado com ácidos gordos.

Os catiões divalentes efectuam interacções não covalentes entre lipopolissacarídios adjacentes, de forma a estabilizarem os seus grupos aniónicos.

Antigénio O – varia em composição entre estirpes bacterianas diferentes. Faz com que o reconhecimento seja fácil, por parte dos anticorpos do hospedeiro, mas mudam facilmente a natureza das cadeias laterais, para evitar a sua detecção.

O LPS é importante pois evita a defesa do hospedeiro e contribui para a carga negativa da superfície. Para além disso, estabiliza a estrutura da membrana externa (lípido A no folheto externo) e provoca toxicidade (lípido A) por infecções.

Os fosfolípidos da membrana externa das bactérias gram-negativo são semelhantes aos da membrana citoplasmática, no entanto a relação fosfolípido / proteína é inferior.

A membrana exterior, das gram-negativo, possui um elevado teor em proteínas, cujas principais classes são: porinas, proteína OmpA e lipoproteínas.

Porinas – possuem receptores fágicos. Permite a difusão passiva de pequenas moléculas hidrofílicas, através de poros na membrana exterior, no entanto as moléculas maiores são transportadas por transportadores específicos.

Proteínas OmpA – estão em grande quantidade na membrana e possuem um papel importante no processo de conjugação bacteriana.

Proteínas de elevado peso molecular – transportadores de moléculas específicos. Lipoproteínas – mais abundantes na membrana externa. A principal função é manter a

integridade e estabilidade da parede celular, unindo a membrana externa e o peptidoglicano. Lipoproteínas de Braun (descrita em E. coli) – lipoproteína pequena, mais abundante

em bactérias, que está embebida na membrana externa (folheto interno), pela extremidade hidrofóbica, e ligada covalentemente ao peptidoglicano.

Espaço periplasmático / Periplasma – possui muitas proteínas / enzimas que intervêm na aquisição de nutrientes, síntese de peptidoglicanos e modificação de compostos tóxicos. Evidências recentes indicam que pode conter uma rede frouxa de peptidoglicano (possivelmente um gel).

Gram-Positivo e Gram-Negativo

Parede celular Gram (+) – possui peptidoglicanos, ácidos teicóicos, ácidos lipoteicóicos e proteínas (autolisinas).

Parede celular Gram (-) – possui peptidoglicanos e periplasma. A membrana exterior possui ainda lipopolissacarídios (antigéneo O, core e lípido A), fosfolípidos, proteínas (porinas, lipoproteínas (Braun), proteína OmpA).

Característica Gram + Gram - Característica Gram + Gram -

Número de camadas principais 1 2 Espaço periplasmático Pequeno Grande

Membrana externa Não Sim Porinas Não Sim

Composição química Peptidoglicano Ácido teicóico Ácido lipoteicóico

Lipopolissacarídio Lipoproteína Peptidoglicanos

Permeabilidade a moléculas Mais permeável Menos permeável

Espessura Espessa Menos espessa

Parte polissacarídica

(projecta-se para o exterior)

Parte lipídica (inserida no folheto

externo da membrana exterior)


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Remoção da Parede Celular em Bactérias Gram + e Gram – Em bactérias Gram + tratadas com lisozima, há a remoção completa da parede celular.

As bactérias apresentam-se, então, com uma forma esférica, formando protoplastos. Em bactérias Gram – tratadas com EDTA-lisozima-Tris, há a remoção dos

peptidoglicanos da membrana exterior, formando esferoplastos. Quando as bactérias são, então, expostas a um meio hipotónico (que são quase todos

nas quais ela habita) dá-se a lise celular / heterólise.

Parede Celular de Planctomycetes As Planctomycetes são os únicos microrganismos conhecidos sem peptidoglicanos na

parede celular. Estas bactérias apresentam resistência à lisozima e aos antibióticos β-lactâmicos, como a penicilina. A sua parede celular é de natureza protéica, por isso aproximam-se das Arqueas.

Possuem reminiscências (precursores) de grupos de genes necessários para a síntese de peptidoglicanos, do lípido A, de flagelos e dos anéis L e P, dos corpos basais flagelares. Estas características são semelhantes com o tipo de parede celular das bactérias Gram -.

Pirellula e Planctomyces – possuem ácidos gordos de cadeia longa, sugerindo a presença de LPS. Em Rhodopirellula baltica foram observados os genes para a síntese do lípido A, mas os genes das enzimas que sintetizam o antigénio O não estão presentes.

Parede Celular das Arqueas

As arqueas coram de púrpura as Gram + e de vermelho as Gram -. Possuem uma estrutura e composição química distinta das bactérias.

Arqueas Gram-positivo – camada espessa e homogénea. Arqueas Gram-negativo –camada superficial espessa ou mesmo duas camadas. Estes microorganismos não possuem ácido-acetilmurâmico nem D-aminoácidos. Como

as Planctomycetes, a sua parede não possui peptidoglicanos, pelo que apresentam resistência à lisozima e aos antibióticos β-lactâmicos, como a penicilina.

Arqueas de Gram-positivo – possuem uma variedade de polímeros complexos:

Methanobacterium e outras metanógenas – pseudopeptidoglicanos ou pseudomureína. São formadas por N-acetilglucosamina (ou N-acetilgalactosamina) e N-acetiltalosaminurónico (NAT) segundo ligações glicosídicas β (1→3). Cadeias peptídicas estão ligadas a NAT e a L-aminoácidos

Methanosarcina e Halococcus – apenas possuem polissacarídios complexos, semelhantes ao sulfato de condroitina existente no tecido conjuntivo animal.

Outras espécies de Arqueas – possuem ainda outros heteropolissacarídios. Arqueas de Gram-negativo – possuem uma camada de proteínas ou glicoproteínas, a

rodear o protoplasto. Podem ser de natureza:

Protéica: metanógenos (Methanococcus, Methanogenium e Methanomicrobium) e termófilos extremos (Desulfurococcus);

Glicoprotéica: metanógenos (Methanolobus), termófilos extremos (Pyrodictium, Sulfolobus) e halófila extrema (Halobacterium).

Existem, também, arqueas sem parede celular, que pertencem à classe Thermoplasmata (Thermoplasma, Picrophilus e Ferroplasma).

Estruturas Externas da Célula Bacteriana

Glicocálice – cobertura de macromoléculas que protege a célula e ajuda na ligação destas ao meio ambiente. Network de polissacarídios, que se estende da superfície de uma bactéria à de outras células (pode conter a cápsula e a camada limosa).

Esta estrutura é importante na ligação das bactérias a superfícies ou objectos sólidos, em ambientes aquáticos, e a superfícies de tecidos, em plantas e animais hospedeiros.


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Cápsula Cápsula – estrutura bem organizada e rígida, firmemente ligada à parede celular. Microscópio óptico – coloração negativa (nigrosina / tinta da china) ou específicas.

Klebsiella pneumonia – invasor secundário que causa pneumonia nosocomial, meningite, bacteriemia e infecções em feridas;

Streptococcus pneumoniae – pneumonia;

Haemophillus influenza – meningite;

Bacillus anthracis. A cápsula possui uma espessura variável, que está dependente do meio e das

condições de cultura. Tem uma composição variável e consistência tipo goma, que confere carácter mucoso às colónias, em meio sólido. Os principais constituintes desta estrutura são polissacarídios (homopolissacarídica (glucose) e heteropolissacarídica), complexos glicoprotéicos e polipeptídicos (ácido D-glutâmico).

Vantagens da cápsula:

Factor determinante de patogenicidade – resistência à fagocitose (células são facilmente fagocitadas quando não têm cápsula);

Protecção contra dessecação – possuem muita água;

Exclusão de vírus – possuem receptores para os vírus;

Exclusão de substâncias hidrofóbicas tóxicas – detergentes.

Camadas Limosas Camada limosa – camada lubrificante que permite, ao microrganismo, deslizar ao

longo do substrato (necessária para a mobilidade deslizante). É uma zona de material menos organizado e de fácil remoção, que protege, a célula,

contra dessecação e perda de nutrientes. Possui uma natureza polissacarídica (pode formar um biofilme, que está envolvido na origem das cáries dentárias).

A natureza do deslizamento pode ser variada: paralelo ao eixo longitudinal (Myxococcus e Flexibacter), em espiral (Saprospira), perpendicular ao eixo principal (Simonsiella) e rotacional ao longo do eixo principal (Beggiatoa).

Neste tipo de mobilidade, o ser pode dobrar-se e trocer-se enquanto desliza, logo a camada limosa é necessária pois liga a bactéria ao substrato e lubrifica as superfícies, para que o movimento seja mais eficiente.

Camada S e Pêlos

Camada S – camada bem organizada de natureza proteica ou glicoproteica que confere rigidez ao invólucro e adesão a superfícies, mas é também responsável pela manutenção da forma das bactérias. Aparece em muitas bactérias Gram + e Gram – e nas arqueas (onde podem ser a única camada externa). Constitui uma protecção contra o stress osmótico, flutuações iónicas e de pH, enzimas e fagocitose.

Fímbrias / Pêlos – apêndices superficiais e rígidos, curtos e finos (mais finos que os flagelos). São numerosos por célula e têm tendência a colarem-se uns aos outros e às superfícies. Possuem natureza proteica (pilina) e várias funções diferentes, consoante o tipo de fímbrias:

Adesão (adesinas) – a superfícies sólidas (formação de biofilmes), a tecidos do hospedeiro (factor determinante de patogenicidade);

Receptores específicos de certos fagos. Existe, ainda, uma fímbria especial, a Pili (pêlo sexual), que é uma fímbria mais longa,

tubular e rígida, formada por proteínas, hidratos de carbono e fosfato. O pêlo sexual é necessário no processo de conjugação, pois liga a célula F+ (célula dadora contendo o plasmídeo F) à célula F-.

CÁPSULA

CAMADA S

PEPTIDOGLICANOS

MEMBRANA CITOPLASMÁTICA


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Membrana Citoplasmática Possui um papel fundamental na aquisição de nutrientes, eliminação de substâncias

tóxicas, manutenção das condições internas normais estáveis e do estado altamente organizado, em face de alterações ambientais externas, e é responsável por muitas das relações com o mundo exterior.

Membrana citoplasmática – constituída por proteínas e lípidos em proporção variável. Possui proteínas integrais, que estão englobadas na bicamada fosfolipídica, e proteínas periféricas, que se encontram apenas numa dessas camadas.

Os lípidos que a constituem são, maioritariamente, fosfolípidos que possuem uma extremidade polar (hidrofílica que interage com a água) e uma extremidade apolar (hidrofóbica que é insolúvel em água), sendo, assim, uma molécula anfipática. Os fosfolípidos mais abundantes são o fosfatidilglicerol e a fosfatidiletanolamina.

Como as bactérias não possuem esteróis (colesterol típico dos eucariotas), na membrana citoplasmática (excepto Mycoplasma), podem possuir moléculas tipo esteróis pentacíclicos (hopanóides) que substituem o colesterol e, provavelmente, estabilizam a membrana citoplasmática.

As proteínas insolúveis, em soluções aquosas, estão fortemente ligadas à membrana, logo dificilmente conseguem ser removidas (integrais). No entanto, as proteínas solúveis, em soluções aquosas, estão frouxamente ligadas à membrana, sendo facilmente perdidas (periféricas).

As proteínas periféricas conseguem realizar fenómenos de flip-flop, no entanto, as proteínas integrais são anfipáticas e não fazem flip-flop ou rotação na camada lipídica.

Frequentemente, hidratos de carbono podem ligar-se à superfície das proteínas, da membrana citoplasmática, e parecem desempenhar funções importantes.

Apesar do padrão básico, as estruturas e a química desta membrana são muito variáveis e possuem características que podem ser usadas na identificação bacteriana.

Assim, esta membrana constitui uma barreira selectiva devido à permeabilidade, sendo essencial na contenção do citoplasma, transporte de substâncias, detecção e resposta a substâncias externas, devido a moléculas receptoras especiais, e, também, possui funções metabólicas cruciais.

Membrana Celular das Arqueas

A natureza das membranas citoplasmáticas é a característica mais distinta das Arqueas, por ser bastante invulgar.

Enquanto nas bactérias e eucaria, a membrana citoplasmática possui ácidos gordos com ligações éster, nas Arqueas essa membrana é constituída por hidrocarbonetos de cadeia ramificada, com ligações éter (hidrocarboneto derivado do isopreno).

As cadeias de ácidos gordos, dos fosfolípidos bacterianos e eucariotas, são substituídos, nas Arquea, por 2 cadeias de fitanol, numa bicamada, ou formados por 2 cadeias muito longas de bi-fitanol, ligadas a 2 gliceróis por ligações éter, constituindo tetra-éteres de diglicerol (numa monocamada). O comprimento das cadeias tetra-éter pode ser ajustado pela formação de anéis pentacíclicos e as cadeias bifitanólicas podem conter 1 a 4 anéis.

Assim, a membrana citoplasmática das Arquea podem possuir membranas de 2 folhetos (bicamada) de di-éter C20, ou membranas com um folheto apenas, constituindo tetra-éter C40 (mais rígida). Também podem existir lípidos polares, a constituir as camadas, como fosfolípidos, sulfolípidos e glicolípidos.

Thermoplasma e Sulfolobus (termófilos extremos) possuem monocamadas de apenas tetra-éters (praticamente).


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Matriz Citoplasmática Matriz citoplasmática – substância entre a membrana citoplasmática e o nucleóide que

constitui a maior parte do protoplasto. Possui, essencialmente, água e está, normalmente, cheia de ribossomas (em grande quantidade por célula), e altamente organizada.

Na generalidade, não existem organelos rodeados por membranas (apenas os ribossomas). Possui proteínas específicas, posicionadas em locais particulares, como nos pólos e onde a célula se divide, formando um sistema de proteínas tipo cito-esqueleto.

Ribossomas

Ribossomas – estruturas abundantes na matriz citoplasmática dos procariotas, que podem estar frouxamente ligados à membrana citoplasmática. São constituídos por RNA (3 membranas diferentes de RNA ribossómico) e proteínas (55 moléculas diferentes de protéinas)

Ribossomas na matriz – sintetizam as proteínas que ficam no interior da célula;

Ribossomas na membrana citoplasmática – sintetizam proteínas que são transportadas para o exterior.

São o local da síntese proteica (tradução). Os ribossomas procariotas são mais pequenos que os eucariotas, sendo, assim,

ribossomas 70S (unidade Svedberg – coeficiente de sedimentação). Ribonucleoproteínas (RNP):

Subunidade 30S – RNA ribossómico 16S;

Subunidade 50S – RNA ribossómico 5S e 23S. O ribossoma procariótico está bem estudado pelo que, o número de proteínas que

possui é bem conhecido.

Ribossomas das Arquea Os ribossomas destes microrganismos diferem na sua composição e forma. Estes,

também, podem ser diferir bastante dos ribossomas das bactérias e dos eucariotas, no entanto, são ribossomas 70S como os das bactérias.

A sensibilidade à anisomicina, insensibilidade ao cloranfenicol e canamicina e a presença de um factor de alongamento que reage com a toxina da difteria, constituem as principais semelhanças com os eucariotas.

Nucleóide

Em bactérias e Arqueas, o nucleóide é o organelo que contém a maior parte da informação genética, sendo, quimicamente, composto por DNA, RNA e proteínas.

O cromossoma aparece como uma região com forma irregular, geralmente como uma única macromolécula circular de DNA.

A Escherichia coli possui umaa molécula de DNA, eficientemente, compactada. Espécies como Streptomyces e Borrelia possuem uma única molécula linear de DNA. Rhodobacter sphaeroides e Vibrio cholerae possuem 2 cromossomas.

ICM (intracytoplasmic membrane) – presente nas Planctomycetes. Constitui uma membrana simples com 2 folhetos,presentes no citoplasma da célula e que separa uma região periférica, o parifoplasma, das regiões internas, que contêm partículas tipo ribossomas.

Pirellulossoma – região do citoplasma rodeado pelo IMC, que contém partículas tipo ribossomas, o nucleóide fibrilar e todo o DNA da célula.

Corpo nuclear – organelo que contém todo o DNA celular, sempre condensado. É rodeado por um invólucro com duas membranas finamente justapostas (Gemmata obscuriglobus possui “núcleo” com 2 membranas).

O DNA apresenta-se num estado altamente condensado. A natureza das forças intervenientes neste fenómeno não estão completamente compreendidas, mas, provavelmente, será devido à ajuda do RNA e proteínas do nucleóide.


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As cargas negativas são neutralizadas por catiões divalentes de modo a evitar a repulsão electrostática das cadeias de DNA.

As proteínas estão envolvidas na replicação do DNA, transcrição e regulação genética. Em estudos recentes, foi observado que algumas bactérias e arqueas possuem proteínas com características bioquímicas semelhantes às histonas eucarióticas (proteínas tipo histonas).

Em algumas bactérias e arqueas existe uma, ou mais, moléculas circulares e pequenas de DNA (plamídeos). Este DNA plasmídico representa uma pequena percentagem do DNA total

Os plasmídeos possuem a capacidade de replicação autónoma e poucos genes, entre os quais existem alguns que não são essenciais para o crescimento e divisão. Conferem uma vantagem selectiva na resistência a antibióticos e metais pesados, na capacidade de formar novas vias metabólicas, na produção de toxinas (tornam a bactéria tóxica) e na origem de factores de virulência. São, então, capazes de existir num estado autónomo ou integrados no cromossoma (epissoma). Inclusões Citoplasmáticas

Inclusões citoplasmáticas – material orgânico ou inorgânico, muitas vezes visíveis por microscopia óptica. Possui funções de armazenamento (carbono, substâncias inorgânicas, energia, outros macronutrientes) e de redução da pressão osmótica.

Estas inclusões podem existir livres, no citoplasma, ou rodeados por uma membrana, que pode ser proteica ou lipídica. Aparecem em quantidade variável, que depende do estado nutricional da célula.

Inclusões orgânicas – inclusões de glicogénio. Unidades de glucose em cadeias longas, unidas por ligações glicosídicas α (1 → 4) e, entre cadeias, por ligações glicosídicas α (1 → 6).

Normalmente, apenas surge um tipo de reserva por organismo, no entanto as bactérias púrpura fotossintéticas possuem os 2 tipos.

A espécie Wautersia eutropha é limitada na fonte de azoto, podendo as PHB (poli-β-hidroxibutirato) atingir uma grande percentagem do peso seco da célula.

Nas cianobactérias, as inclusões orgânicas são de 2 tipos:

Grânulos de cianoficina – polipeptídios de arginina, ácido aspártico que funcionam como reserva de azoto;

Carboxissomas – inclusões poliédricas, rodeadas por uma camada proteica, que possuem ribulose difosfato carboxílase (rubisco). Local de fixação do dióxido de carbono e de reservas de enzimas. Aparecem nas bactérias fotossintéticas (cianobactérias e bactérias púrpura) e bactérias nitrificantes.

Certas espécies como B. medusa e B. thuringiensis produzem cristais com forma bipiramidal, adjacentes ao endósporo e de natureza glicoproteica. A espécie B. thuringiensis pode, também, produzir cristais parasporais, que são bioinsecticidas utilizados na agricultura, por serem tóxicos para as larvas dos insectos.

Inclusões inorgânicas:

Grânulos de Polifosfato – grãos volutina e granulações metacromáticas. São reservatórios de fosfato / fósforo que intervêm na síntese de fosfolípidos e ácidos nucléicos e, também, produzem fontes de energia (Spirillum volutans, Corynebacterium diphtheriae);

Grânulos de enxofre – presentes nas bactérias púrpura sulfurosas, que usam o ácido sulfúrico como dador de electrões para a fotossíntese, acumulando o enxofre libertado.

Thiomargarita namibiensis – vive em sedimentos ricos em sulfureto de hidrogénio, na ausência de oxigénio. Possui numerosos grânulos de enxofre, na estreita faixa de citoplasma. Tem um enorme vacúolo que ocupa, praticamente, a totalidade da célula e que está repleto de nitrato, acumulado durante o período breve das tempestades. O nitrato é o aceitador de electrões, na oxidação do sulfureto de hidrogénio, com a produção de energia.


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Magnetossomas Magnetossomas – cadeias intracelulares de partículas de magnetite, greigite e pirite,

cuja função é a orientação da bactéria, no campo magnético da Terra, devido ao facto de cada partícula de ferro ser um pequeno magnete.

Também existem magnetossomas na cabeça de pássaros, atum, golfinho, tartarugas verdes e outros animais.

Estruturas Membranares Intracitoplasmáticas

Algumas bactérias apresentam estruturas membranares internas extremamente simples, sob a forma de invaginações da membrana citoplasmática. Estas estruturas aparecem em bactérias nitrificantes, fixadoras de azoto e fotossintéticas, ou seja, bactérias que possuem uma elevada actividade metabólica.

Nas bactérias fotossintéticas existe um tipo de estruturas membranares intraplasmáticas especiais, os tilacóides, que formam um sistema membranoso com os pigmentos fotossintéticos e os componentes da cadeia transportadora de electrões. Diferem das outras por serem as únicas a realizarem fotossíntese oxigénica.

As bactérias púrpura possuem vesículas / cromatóforos, que são complexos membranares esféricos ou lamelares, contínuos com a membrana citoplasmática.

As bactérias verdes possuem clorossomas / vesícula Chlorobium, que estão ligadas à membrana citoplasmática, mas não na sua continuidade. Contêm as bacterioclorofilas acessórias (c,d,e), cujo centro de reacção está ligado à membrana citoplasmática.

Vacúolos Gasosos

Vacúolos gasosos – vesículas gasosas formadas por um grande número de estruturas cilíndricas, pequenas e ocas. Aparecem em bactérias de habitats aquáticos, como Halobacterium (arquea), Thiothrix (bactéria filamentosa), e bactérias fotossintéticas (verdes, púrpura e cianobactérias).

A parede das vesículas é composta apenas por um tipo de proteína, cujas subunidades se unem, formando um cilindro rígido e oco.

Esta estrutura é impermeável à água, mas permeável aos gases atmosféricos, dando flutuabilidade às células e o posicionamente das bactérias, em habitat aquático.

Mesossomas

Mesossomas – invaginações da membrana citoplasmática. Aparecem em bactérias Gram + e algumas espécies Gram – (Chromobacterium violaceum, Bacillus subtilis).

Possuem uma organização variada: vesicular, tubular ou lamelar. A sua função poderá estar na formação da parede celular ou na replicação do cromossoma.

Actualmente, admite-se que são artefactos da fixação, na preparação do material.

Endósporos Certas bactérias são capazes de produzir, no seu interior, estruturas resistentes e

dormentes. Estas estruturas podem resistir a condições de stress externo como: calor, dessecação, congelamento, radiações UV, radiações gama, solventes orgânicos, antibióticos e desinfectantes químicos.

Bactérias Gram + (firmicutes; baixo conteúdo em guaninas + citocinas): bastonetes (Bacillus, Clostridium, Sporolactobacillus), cocos (Sporosarcina) e Thermoactinomyces;

Bactérias que se comportam como Gram - : Desulfotomaculum (mas possui parede de Gram +), alguns Heliobacterium (parede de Gram +).

Em condições ambientais adversas, estas estruturas podem sobreviver viáveis e num estado de dormência, por vários milhões de anos.


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Devido à resistência e patogenicidade de muitas espécies, os endósporos são de grande importância prática, em microbiologia: médica (Bacillus anthracis, Clostridium tetani, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum), alimentar (Clostridium botulinum, Bacillus cereus) e industrial (Clostridium botulinum).

Epulopiscium – sobrevivem a várias horas de fervura em autoclave. São visíveis em microscopia óptica mesmo sem coloração (estruturas resfringentes), mas, também, com coloração simples ou especial.

Thermoactinomyces – forma esporos no micélio aéreo e no substrato. Actinomycetes – formam conídios. A localização do endósporo (central, terminal, subterminal) pode ser um pârametro

usado na identificação. São estruturas complexas, que possuem um invólucro com várias camadas. Exospório – invólucro fino e delicado. Constituído por proteínas, fosfolípidos e

polissacarídíos. Túnicas – várias camadas de proteínas. Possuem um elevado teor de aminoácidos com

grupos sulfidrilo (cistina). São estas estruturas as responsáveis pela resistência aos químicos:

Interna – estrutura lamelar;

Externa – electrodensa, muito hidrofóbia e impermeável a solventes orgânicos. Córtex – camada espessa, com baixa densidade de electrões. Possuem um tipo

invulgar de pepidoglicano, com uma quantidade reduzida de pontes interpeptídicas. Pode ocupar metade do volume do endósporo, protegendo o organismo contra radiações e calor.

Parede celular – constituída por peptidoglicanos. Protoplasto / core – parte central do endósporo que está metabolicamente inactiva.

Apresenta uma grande quantidade de dipicolinato de cálcio. O ácido dipicolínico é estabilizado por iões de cálcio.

Os endósporos resistem ao calor e outros agentes letais devido:

Acumulação de dipicolinato de cálcio, no protoplasto – estabilizam os ácidos nucléicos;

Estado de desidratação do endósporo – importante na resistência ao calor e radiação;

Presença de proteínas, solúveis em ácido – estabilizantes do DNA (protecção ao calor, radiações, dessecação e químicos);

Presença de túnicas – enzimas e químicos, como o peróxido de hidrogénio;

Capacidade de reparação do DNA, aquando da germinação.

Esporulação Esporulação /esporogénese – normalmente, inicia-se quando o crescimento pára por

falta de nutrientes.

Este fenómeno trata-se de um processo complexo de diferenciação celular e

bioquímica, sob controlo genético, com a produção de novas enzimas, estruturas e metabolitos. Dividem-se em sete fases. Fases da esporulação:

Formação do filamento axial – alongamento do material nuclear;

Formação do septo – divisão celular atípica. O septo possui 2 membranas;

Célula vegetativaFim da fase exponencial

CrescimentoCélula

esporogénicaAutólise da célula

vegetativaEsporo

Célula vegetativa DNA torna-se mais denso

Membrana citoplasmática invagina, formando um septo


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Formação do pré-esporo;

Formação do córtex e parede celular – no espaço entre as 2 membranas.

Acumulação de ácido dipicolínico e cálcio;

Formação de túnicas – interna e externa;

Formação do endósporo maduro – difícil visualização dos ribossomas;

Libertação do endósporo – acção de enzimas líticas.

Os esporos podem permanecer durante longos períodos, num estado de latência (dormência). A sua germinação é a passagem da fase de dormência à fase vegetativa activa.

Um esporo não germina com sucesso, mesmo num meio rico em nutrientes, se não

passar por uma fase de activação. A quebra da dormência surge pela presença de água e de um estímulo químico (qualquer molécula como aminoácido ou sal inorgânico) ou ambiental.

Indução – condições agressivas, como tratamento pelo calor, em meios ácidos ou compostos com grupos sulfidrilo livres.

Com a germinação, há entrada de água (tumefação), formação de enzimas hidrolíticas (digestivas), ruptura ou absorção das túnicas, perda da resistência ao calor e a outros factores de stress, perda de refractilidade, libertação dos componentes do esporo e aumento da actividade metabólica.

Após a activação, são os metabolitos normais ou os nutrientes (aminoácidos ou açúcares), que desencadeiam a germinação.

Extrusão – o protoplasto do esporo produz novos componentes, emerge do que resta das túnicas e desenvolve-se numa bactéria activa. É o período de síntese de DNA, RNA, proteínas e onde ocorre a divisão celular.

Durante a germinação do esporo existe autossuficiência metabólica, com a produção de ATP e a síntese proteica, mas é necessária energia e substratos (fosfoglicerato).

Flagelos

Flagelo – apêndice tipo chicote, que se estende para o exterior da célula. São estruturas finas, longas e rígidas com forma helicoidal.

Os flagelos aparecem em todos os espirilos, em metade dos bacilos e num pequeno número de cocos. Muitas bactérias, que não são observáveis por microscopia óptica, movimentam-se por flagelos.

O padrão de distribuição dos flagelos determina-se segundo o seu número e arranjo, a característica da espécie bacteriana onde aparecem e segundo a sua taxonomia.

Flagelação perítrica – flagelos dispostos por toda a superfície da célula (Escherichia coli, Proteus vulgaris).

Septo do esporo cresce à volta do protoplasto

Formação do pré-esporoExospóro aparece. Córtex primordial é

formado entre as 2 membranas

Desidratação

Túnica externa formada Túnica interna formadaMaturação - desenvolvimento da resistência ao calor e a químicos

Lise da célula e libertação do esporo Esporo livre com exósporo e core

Germinação do esporo Crescimento Célula vegetativa


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Flagelação polar:

Monótrica – um flagelo, num dos pólos da célula;

Anfítrica – um flagelo, em cada um dos 2 pólos da célula (Spirillum volutans, Magnetospirillum magnetotactium);

Lofótrica – um tufo de flagelos, num dos pólos da célula (Pseudomonas, Helicobacter pylori).

Estrutura do Flagelo

O flagelo é como uma nanomáquima pois é constituído por cerca de 25 proteínas diferentes. Possui 3 partes:

Filamento – fino, longo e helicoidal;

Gancho – segmento curto, flexível e mais espesso que o filamento;

Corpo basal – embebido na célula. Filamento – cilindro rígido e oco, constituído por subunidades da proteína flagelina (Fli

C). Este filamento termina com uma “capa” proteica e está envolto por uma baínha, que em Bdellovibrio é uma estrutura membranar e em Vibrio cholerae é uma bainha lipopolissacarídica.

Gancho – bastante diferente do filamento. É constituído por várias subunidades de proteína (não é a flagelina).

Axonema – tem um arranjo 9 + 2, ou seja, é constituído por 9 dupletos e 2 microtúbulos individuais no centro.

Corpo basal – possui um arranjo 9 + 0, ou seja, é constituído por 9 tripletos apenas. É a parte mais complexa do flagelo. Possui um sistema de anéis e um eixo central. É constituído por proteínas diferentes de flagelina e ocupa uma pequena porção da massa total do flagelo. Os flagelos formam-se a partir dos corpos basais (centro organizador de microtúbulos).

Maioria das Gram-negativo – constituído por 4 anéis (2 pares) ligados a um eixo central. Os anéis externo (L e P) estão associados com as camadas de lipopolissacarídios e de peptidoglicanos, enquanto os anéis internos (M e S) estão em contacto com a membrana citoplasmática;

Gram-positivo – constituído por 2 anéis ligados a um eixo central. O anel externo (S) está, provavelmente, associado ao peptidoglicano, enquanto o anel interno (M) está ligado à membrana citoplasmática.

Existem, ainda, nos flagelos, uma série de outras proteínas capazes de manter os microtúbulos com determinado arranjo e ligados uns aos outros. Sem estas proteínas um dos microtúbulos subiria em relação ao outro, devido à hidrólise do ATP e à sua polaridade. Síntese do Flagelo

A síntese de um flagelo constitui um processo complexo, estando envolvidos neste fenómeno cerca de 20-30 genes: genes de síntese da flagelina, das proteínas do gancho e corpo basal, responsáveis pela construção e funcionamento.

Apesar desta complexidade toda, não se sabe como a célula regula e determina a localização dos flagelos.

Esta síntese trata-se de uma “self-assembly” (auto-associação, sem enzimas ou outros

factores), da informação contida na estrutura da flagelina.

Proteínas flagelares sintetizadas no interior

da célula

Transporte para o exterior, através do

corpo basal

Moléculas de flagelina saem pelo interior oco

do flagelo

Adicionadas à extremidade

Alongamento do flagelo


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Mecanismo do Movimento Uma célula procariótica move-se, quando o filamento (hélice rígida) roda. Quando determinada célula possui uma mutação ao nível dos genes dos flagelos, estes

vão aparecer rijos e mais longos (poligancho), não tendo qualquer efeito na mobilidade. Se a bactéria fica presa num lâmina com anticorpos para o filamento ou para o gancho,

existe rotação da célula à volta do flagelo preso, já as esferas de latéx realizam uma rotação, à volta do eixo do flagelo.

A energia necessária para a rotação flagelar, nos procariotas, deve-se à existência de um gradiente de protões ou sódio, através da membrana citoplasmática. No entanto, nos eucariotas, essa energia provém directamente do ATP.

A velocidade a que as bactérias se deslocam é muito grande, comparativamente, ao seu tamanho, ou seja, a bactéria, por segundo, pode fazer várias vezes o seu comprimento.

Bactérias com flagelação polar – possuem um movimento mais rápido e com mudanças súbitas de direcção. Se o flagelo roda SCPR, dá-se um movimento para a frente em corrida. Se o flagelo roda SPR, dá-se a paragem da célula, através de um tombo ao acaso.

Bactérias com flagelação perítrica – possuem um movimento mais lento, mas

semelhante ao da flagelação polar. Os flagelos dobram-se pelos ganchos, formando um feixe de flagelos. Se todos os flagelos rodam SCPR, realizam um movimento para a frente em corrida. Se os flagelos rodam SPR, dá-se uma paregem, com um tombo ao acaso.

Para o movimento da célula é necessário a rotação do flagelo rígido, um motor interno e uma haste / eixo de transmissão do gancho ao anel M.

Anel S – ligado à parede celular, nas Gram + , mas não roda (estático);

Anel M – roda livremente na membrana citoplasmática (rotor);

Anéis P e L – nas Gram -, são os apoios / rolamentos do eixo. Apesar destes conhecimentos, o mecanismos exacto que faz rodar o corpo basal, não é

100% conhecido. Rotor – eixo, anel M e anel C, ligado ao M (pelo lado citoplasmático), do corpo basal. Os anéis M e C são consituídos por várias proteínas: Fli G, Fli M, Fli N, Fli F.

Fli G – particularmente importante na indução da rotação do flagelo. O corpo basal parece ser uma estrutura passiva, que roda num complexo proteico,

embebido na membrana citoplasmática, como um rotor que roda no centro de um anel de electromagnetes “stator”.

As proteínas mais importantes, na parte fixa do motor, são a Mot A e a Mot B que formam um canal de protões, através da membrana citoplasmática. A protéina Mot B liga as proteínas Mot ao peptidoglicano.

A translocação de protões, que ocorre através do canal (Mot A e Mot B), vai mover ou mudar a forma da proteína Mot A. Seguidamente, Mot A vai exercer uma força sobre a Fli G. É destas 2 forças iguais, mas de sinal contrário, que surge a rotação do flagelo.

Flagelos das Arqueas

Os flagelos das arqueas,superficialmente, são semelhantes aos flagelos das bactérias, no entanto apresentam algumas diferenças acentuadas.

Característica do flagelo Arqueas Bactéria

Rotação ATP Gradiente de protões / iões sódio

Alongamento Adição de subunidades na base Adição de subunidades na extremidade

Movimento Flagelo composto por um feixe de muitos filamentos que rodam como um só

Cada flagelo roda independentemente

Espessura Menor Maior

Alteração do sentido de rotação do flagelo Paragem seguida de tombo Mudança na direcção


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Endoflagelos Estruturas que dão mobilidade em meios viscosos, como mucos e lamas. Para se movimentar em dobram e rodam sobre si mesmos. Aparece em

espiroquetídeos ou espiroquetas e em bactérias helicoidais e flexíveis. Filamento axial – constituído por 2 a mais de 100 flagelos periplasmáticos

(endoflagelos), que estão localizados nos pólos e enrolados à volta da célula, imediatamente abaixo da membrana exterior.

Presume-se que os endoflagelos rodem como os flagelos externos.

Respostas Bacterianas a Estímulos Quimiotaxia – resposta a estímulos químicos.

Atraentes – nutrientes como açúcar e aminoácidos;

Repelentes – substâncias tóxicas e dejectos bacterianos. A ausência de estímulos químicos leva a um movimento desordenado (aleatório),

formado por corridas e tombos. A presença de estímulos químicos, leva a um movimento orientado, formado por

corridas mais longas e menos tombos. Há um gradiente de periodicidade destas duas ocorrências, à medida que se aproxima

do atraente ou se afasta do repelente.

Quando o gradiente químico de glucose no capilar é intruduzido na suspensão de E.coli, esta responde positivamente à galactose, serina e ácido aspártico;

Experiências semelhantes podem ser realizadas em meio agarizado. A resposta existe a baixos níveis da substância. Aumenta com o aumento da

concentração. Quanto mais atraente, mais repelente é, pelo que a resposta ao químico com a concentração é mais eficaz.

Fototaxia – movimento das bactérias em direcção à luz. Termotaxia – movimento das bactérias em resposta à temperatura. Aerotaxia – movimento das bactérias em resposta a gradientes de oxigénio. Osmotaxia – movimento das bactérias em função da pressão osmótica. Magnetotaxia – movimento das bactérias em resposta a campos magnéticos

(magnetossomas).


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TAXONOMIA E FILOGENIA: MÉTODOS CLÁSSICOS E MOLECULARES

Taxonomia e Filogenia – Técnicas Clássicas Na determinação da taxonomia e filogenia dos grupos de bactérias é necessário

recorrer a técnicas. A quimiotaxonomia aborda a composição lipídica. Morfologia – forma da célula, tamanho da célula, morfologia colonial, ultraestrutura,

comportamento, cílios e flagelos, mecanismos de mobilidade, forma e localização do endósporo, morfologia e localização do esporo, inclusões celulares, cor colonial.

Fisiologia e metabolismo – natureza da actividade de enzimas e proteínas de transporte: análise indirecta de genomas. Recursos de carbono e azoto, constituíntes da parede celular, recursos energéticos, produtos de fermentação, tipo de nutrição, temperatura, luminescência, conversão de energia, tolerância osmótica, relação de oxigénio, pH, pigmentos fotossintéticos, tolerância ao sal, metabolitos secundários, sensibilidade a antibióticos e inibidores, inclusões de armazenamento.

Ecologia – padrões de ciclo de vida, natureza das relações simbióticas, capacidade de causar doença em hospedeiros, preferência de habitats.

Genética – troca de genes cromossómicos (transformação, conjugação e plasmídeos).

Taxonomia e Filogenia – Técnicas Moleculares Técnicas moleculares – importantes em estudos evolutivos. Praticamente não há

registos fósseis de microrganimos. Composição em bases do DNA – conteúdo em guaninas + citocinas

. O conjunto guanina e citocina é constante numa espécie,

no entanto o facto de serem semelhantes não implica, necessariamente, que sejam da mesma espécie (diferenças de mais de 10% correspondem a microrganismos não relacionados).

Hibridação de ácidos nucleicos – semelhança entre genomas.

Hibridação DNA-DNA – membros de uma espécie possuem 70% de homologia,

na hibridação, e menos de 5% de diferença, na temperatura de fusão;

Hibridação DNA-RNA – utilizado para organismos mais afastados.

Sequências dos ácidos nucleicos – genes do 16S e 18S do RNA ribossómico são as moléculas de eleição para inferir a filogenia de organismos. São utilizadas sequências de oligonucleotídios marcadores (“signature”), que são sequências pequenas e conservadas. As “small subunits” RNA (SSU rRNA) são quase ideais pois: desempenham o mesmo papel em todos os organismos; não passam por grandes mutações (alterações lentas); não ocorre transferência horizontal de genes; têm regiões muito conservadas (comparação de organismos distintos); e têm regiões variáveis (comparação entre organismos próximos).

Fingerprinting genómico – não há sequência de nucleotídios. Na análise do padrão,

após a electroforese, averigua-se a existência de sequências de DNA repetitivo, altamente conservado (intergénicas). Ribotipagem (restriction fragment length polymorphism, RFLPs).

Sequência de aminoácidos – as proteínas não são apropriadas, mas sim as sequências dos seus aminoácidos. Sequências de citocromos, outros transportadores de electrões, histonas, proteínas de choque térmico, proteínas de transcrição e translação, enzimas metabólicas.

DNA de 2 organismos

AquecimentoSeparação em cadeia única

Arrefecer a 25 °CReassociação de

cadeias complementares

Cadeias não complementares ficam separadas

Filtros de nilon com ssDNA radioactivo

Incubação HibridaçãoLavagem para a

remoção de ssDNA não hibridados

Medição da radioactividade

Análise comparativa das sequências

Proximidade Coeficiente de associação (Sab)Sab elevados - proximidade e afinidade

Sab = 1,0 - organismos idênticos


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PRINCIPAIS GRUPOS DE EUBACTÉRIAS E DE ARQUEOBACTÉRIAS

Classificação

Fontes de Carbono, Energia e Electrões

Carbono:

Autotróficos – utilizam o dióxido de carbono;

Heterotróficos – utilizam moléculas orgânicas, reduzidas e pré-formadas. Energia:

Fototróficos – utilizam luz;

Quimiotróficos – utilizam a oxidação de compostos orgânicos ou inorgânicos. Electrões:

Litotróficos – alimentam-se de matéria do solo;

Organotróficos – alimentam-se de matéria orgânica.

Principais Tipos Nutricionais Fotolitoautotróficos Fotoorganoheterotróficos Quimiolitoautotróficos Quimioorganoheterotróficos

Aquificae e Thermotogae

Microrganismos termófilos. Aquificae – ramo mais antigo das bactérias. Grupo constituído por 1 classe, 1 ordem, 8

géneros. Temperatura óptima 85 °C (máx 95 °C). Quimiolitoautotrófico: energia através do hidrogénio ou tiossulfato (aceptores finais) (Aquifex pyrophilus, Aquifex aeolicus).

Thermotogae – segundo ramo mais antigo das bactérias. Grupo constituído por 1 classe, 1 ordem e 6 géneros. Temperatura óptima 80 °C (máx 90 °C). Genoma com a percentagem mais elevada de genes semelhantes aos das arqueia. Possuem um invólucro externo tipo baínha. Habitam em áreas geotermais activas (chaminés hidrotermais no fundo do mar e em sulfataras). Thermotoga (quimioheterotrófico).

Deinococcus –Thermus

Grupo constituído por 1 classe, 2 ordens, 3 géneros. Vivem em habitat desconhecido (D. Radiodurans). Formado por seres esféricos (pares ou tétradas) ou bastonetes não móveis. Produzem ácidos de mais de um açúcar.

Possuem uma grande capacidade de reparação do genoma, quando seriamente danificado. Têm um cromossoma circular, um megaplasmídeo e um plasmídeo pequeno.

Coram Gram + , mas possuem uma parede tipo gram -. São organismos muito resistentes à dessecação e à radiação.

Aquificae

Thermotogae

ChloroflexiDeinococcus-

Thermus Bactéria Gram-

positivo (baixo G+C)

Bactéria Gram-

positivo (alto G+C)

Proteobacteria

Spirochaetes

CyanobacteriaPlanctomycetes e

ChlamydiaeChlorobi Bacteroidetes

.

Crenarchaeota Euryarchaeota

Archaea


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Planctomycetes Grupo constituído por 1 classe, 1 ordem, 9 géneros. Realizam heterotrofia e

quimiolitrofia. Vivem em habitats diversos. Formado por seres esféricos a ovóides, periformes, unicelulares, filamentosos e

agregados (formam rosetas). Possuem uma compartimentação celular, parede celular sem peptidoglicanos e com

reprodução por gemulação. Têm, também, parifoplasma, membrana intracitoplasmática, pirelulossoma ou riboplasma e nucleóide, em Gemmata obscuriglobus, e anammoxossoma, nos Anammox.

Chlamydiae

Grupo constituído por 1 classe, 1 ordem, 4 famílias, 6 géneros. Formado por parasitas intracelulares obrigatórios. Alguns causam doenças e outros

vivem em protistas e células animais, sem causarem problemas. Podem provocar pneumonia clamideal, conjuntivite de inclusão, linfogranoloma venéreo, uretrite não gonocócica, tracoma.

Chlamydiae – não móveis, cocóide, com parede semelhante à dos Gram - mas sem o ácido murâmico, nem peptidoglicanos. São metabolicamente limitadas e estão dependentes do hospedeiro.

Divisão – fusão binária, sem a proteína de divisão celular FtsZ.

Spirochaetes Grupo constituído por 1 classe, 1 ordem, 3 famílias, 13 géneros. Formado por bactérias gram -, quimioheterotróficos, estrutura e mecanismo de

mobilidade próprios, com forma de eixo alongado, helicoidal e flexível. Possuem uma mobilidade através de soluções viscosas ou meios sólidos.

Fontes de carbono e energia – carbohidratos, aminoácidos, ácidos e álcoois gordos de cadeia longa.

Filamento axial – dois a mais de cem flagelos envoltos num baínha externa (Leptospira).

Seres de vida livre capazes de viver em ambientes anóxicos ricos em sulfureto e em associação simbiótica, com organismos. Alguns são importantes patogénicos humanos: sífilis venérea (Treponema pallidum) e borreliose, transmitida por carrascas (Borrelia sp.).

Bacteroidetes

Grupo constituído por 3 classes, 12 famílias, 63 géneros. Os bacteróides são seres anaeróbicos, não esporulantes, quimioheterotróficos que

produzem uma mistura de ácidos por fermentação. Podem habitar na cavidade oral, tracto intestinal de vertebrados e rúmen de ruminantes (beneficiam o hospedeiro). São capazes de degradar celulose, pectina e outros. Também podem causar doenças (Bacteroides fragilis).

Sphingobacteria – possui esfingolípidos na parede (Cytophaga, Sporocytophaga que forma células de resistência redondas, Flexibacter são colónias amarelo a laranja devido ao pigmento carotenóide). Habitam no solo ou no mar, com vida livre ou patogénica em vertebrados. Possuem uma mobilidade deslizante e são capazes de degradar polissacarídios complexos.

Corpo elementar

Corpo reticulado

Fissão bináriaCélula

hospedeira morre

Diferenciação do corpo

reticulado

Formação de novos corpos

elementares até à lise celular

Libertação das clamídias


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Bactérias Fotossintéticas Constituído por 3 grupos de bactérias Gram-negativo: Púrpura, Verdes e

Cianobactérias. Com 7 grandes grupos:

Chloroflexi – bactérias verdes não sulfurosas;

Chlorobi – bactérias verdes sulfurosas;

Cyanobacteria;

Gamma Proteobacteria – bactérias púrpura sulfurosas;

Alpha Proteobacteria – bactérias púrpura não sulfurosas;

Beta Proteobacteria – bactérias púrpura não sulfurosas;

Firmicutes – Heliobacteria.

Bactérias fotossintéticas anaeróbias Bactérias fotossintéticas aeróbias

Característica Verdes sulfúricas Verdes não-sulfúricas Púrpuras sulfúricas Púrpura não-sulfúrica Cianobactérias

Pigmentos fotossintéticos

Batecterioclorofila a mais c, d ou e

Bacterioclorofilas a e c Bacterioclorofilas a ou b

Bacterioclorofilas a ou b Clorofila a com ficobiliproteínas

Morfologia das membranas

fotossintéticas

Sistema fotossintético em clorossomas, que são independentes da membrana citoplasmática

Clorossomas presentes, quando as bactérias crescem anaerobicamente

Sistema fotossintético contido num complexo membranar esférico ou lamelar, contínuo com a membrana citoplasmática

Sistema fotossintético contido num complexo membranar esférico ou lamelar, contínuo com a membrana citoplasmática

Membranas dos tilacóides com ficobilissomas

Dadores de electrões

fotossintéticos H2, H2S, S0

Dadores fotoheterotróficos (variedade de açúcares, aminoácidos e ácidos orgânicos). Dadores fotoautotróficos (H2S, H2)

H2, H2S, S0

Normalmente, moléculas orgânicas: por vezes redutores de compostos sulfúricos ou H2

H2O

Deposição de enxofre

Fora da célula – Dentro da célula Fora da célula (alguns casos) –

Natureza da fotossíntese

Anaeróbia Anaeróbia Anaeróbia Anaeróbia Aeróbia (alguns são anaeróbios facultativos)

Tipo Metabólico principal

Anaeróbios obrigatórios fotolitoautotróficos

Fotoheterotróficos. Por vezes fotoautotróficos ou quimioheterotróficos

Anaeróbios obrigatórios fotolitoautotróficos

Anaeróbios fotoorganoheterotróficos Alguns são fotolitoautotróficos facultativos

Fotolitoautotróficos aeróbios

Mobilidade Sem movimento. Alguns com vesículas gasosas

Deslizamento Movimento com flagelo polar

Movimento com flagelo polar ou sem movimento. Alguns possuem vesícula gasosa

Sem movimento, com movimento natatório sem flagelo ou deslizamento. Alguns têm vesículas gasosas

Cyanobacteria

Seres que possuem uma forma e aparência muito variável. Podem ser unicelulares, coloniais ou filamentos (tricomas). Realizam fototaxia devido à presença de vacúolos gasosos. Possuem uma mobilidade deslizante.

Grupo constituído por 5 subsecções e 56 géneros, formando o maior e mais diversificado grupo de bactérias fotossintéticas.

Pigmentos acessórios – ficobiliproteínas (ficocianina e ficoeritrina), como nas algas vermelhas.

Os pigmentos fotossintéticos e a cadeia transportadora de electrões possuem partículas especiais, ficobilissomas, associadas aos tilacóides. O dióxido de carbono é assimilado no ciclo de Calvin e as enzimas estão localizadas nos carboxissomas.

Estes seres possuem gránulos de cianoficina e não possuem a enzima desidrogenase do α-cetoglutarato, o ciclo dos ATC não funciona completamente, tendo a via das pentose-fosfato, um papel fundamental.

Reprodução – fissão binária, gemulação, fragmentação, fissão múltipla, hormogónios (pequenos filamentos móveis após fragmentação), acinetos (células dormentes de parede espessada onde se fixam heterocistos com azoto, nas cianobactérias filamentosas).


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Proclorófitos – únicos que possuem clorofila a e clorofila b, sendo os melhores candidatos a precursores dos cloroplastos (Prochloron, Prochlorococcus e Prochlorotrix).

Habitam numa grande variedade de ambientes, realizando simbioses em líquenes, plantas, fungos e protozoários. Podem produzir toxinas sendo, por isso, indicadores de poluição da água (Oscillatoria).

Proteobacteria

Grupo constituído por 500 géneros, constituindo o maior e mais diversificado grupo, de bactérias. Seres gram-negativo, sem padrão geral morfológico, metabólico ou reprodutor.

Morfologia – cocos, bastonetes simples, géneros prostecados, gémulas e corpos frutíferos.

Fisiologia – fotoautotrofia, quimiolitotrofia e quimioheterotrofia. Através da análise do 16S do DNA ribossómico, distinguem-se a 5 linhagens: Alpha,

Beta, Gamma, Delta, Epsilon.

AlphaProteobacteria Grupo constituído por 7 ordens e 20 famílias, que contêm a maioria das bactérias

oligotróficas. Apresentam mecanismos raros, como metilotrofia (Methylobacterium), quimiolitotrofia (Nitrobacter) e fixação do azoto (Rhizobium). Podem ser patogénicos (Rickettsia e Brucella) e a sua morfologia é diversa, como prostecados.

Bactérias púrpura não sulfurosas – morfologia variável. Habitam em meios aquáticos e no iodo (Rhodospirillium e Azospirillium):

Fotossíntese anoxigénia;

Clorofila a ou b. Membranas fotossintéticas contínuas com a membrana citoplasmática;

Quando móveis, possuem flagelação polar;

Normalmente, fotoorganoheterotróficos anaeróbios;

Na ausência de luz, realizam quimiorganoheterotrofia, em aerobiose, e fermentação, em anaerobiose.

Rickettsia – muito pequenas:

Parasitas – eritrócitos, macrófagos e endotélio vascular de vertebrados;

Mutualistas – artrópodes;

Não possuem via glicolítica. Utilizam o glutamato oxidado e intermediários do ciclo dos ácidos tricarbocílicos;

Genoma semelhante ao das mitocôndrias;

Podem originar doenças. Tifos epidérmico e endémico, Ehrlichiose, febre Q. Caulobacteriaceae e Hyphomicrobiaceae – possuem apêndices, ciclos de vida

característicos e seres gemulantes.

Prosteca – pedúnculo que constitui uma extensão celular;

Hyphomicrobium – metilotrofo facultativo;

Caulobacter – possui um pedúnculo e um pé de fixação. Rhizobiales – Rhizobium, Agrobacterium (patogénico de plantas), Brucella (patogénico

humano e de animais). Bactérias nitrificantes – frequentemente com membranas intracelulares, captam

energia da oxidação do amónio ou do azoto, constituindo seres quimilitotróficos aeróbios (Nitrobacter).

BetaProteobacteria

Grupo constituído por 7 ordens e 12 famílias, possuindo seres que utilizam substâncias difundidas de decomposição orgânica, em ambientes anóxicos.


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Possuem uma grande diversidade metabólica: quimioheterotróficos, fotolitotróficos, metilotróficos, quimiolitotróficos.

Constituem importantes patogénicos humanos – Neisseria (meningite meningocócica e gnorreia), Burkholderia cepacia (agente nosocomial) e Bordetella pertussis (tosse convulsa).

Existem, também, outros géneros importantes: Nitrisomonas e Nitrosospira (bactérias nitrificantes) e Thiobacillus (bactéria sulfurosa incolor e quimiolitotrófica).

GammaProteobacteria

Grupo constituído por 14 ordens e 28 famílias, sendo o maior grupo das Proteobacteria e possuindo uma extraordionária variedade de tipos fisiológicos.

Diversidade metabólica: quimioorganotróficos anaeróbios facultativos, quimioorganotróficos aeróbios, fotolitotróficos, quimiolitotróficos, metilotróficos.

Formado por vários grupos: bactérias púrpura sulfurosas, parasitas intracelulares (Legionella e Coxiella), superfamília I (Vibrionaceae, Enterobacteriaceae, Pasteurellaceae), superfamília II (Pseudomonas, Azotobacter, Maraxella, Acinetobacter).

Bactérias púrpura sulfurosas – anaeróbios estritos, geralmente fotolitotróficos que oxidam ácido sulfúrico e enxofre (Thiospirillium, Chromatium).

Thiotricales – oxidam enxofre (Beggiatoa) e possuem uma mobilidade deslizante (Beggiatoa e Leucothrix).

Methylococales (Methylococcus e Methylomonas) – metilotróficos, pois oxidam metano, metanol e outros compostos com 1 carbono, em anaerobiose.

Vibrionales – maioria aquáticos. Existem seres fluorescentes (Vibrio fisheri e V. harveyi) e patogénicos em peixes e humanos (gastroentrite, colera).

Pseudomonadales – seres com mobilidade (Pseudomonas) e quimioheterotróficos (geralmente com respiração aeróbica). Realizam mineralização (grande variedade de moléculas orgânicas), degradação de alimentos (P. fluorescens, a 4 °C) e fixação do azoto (Azotobacter). Podem ser modelos biológicos experimentais (P. aeruginosa) e patogénicos em animais e plantas (P. aeruginosa e P. syringae).

Enterobacteriales – possuem uma das maiores famílias de bactérias (Enterobacteriaceae). Seres patogénicos de plantas (Erwinia) e patogénicos humanos (Yersinia pestis, Salmonella, Shigella, Escherichia coli).

Escherichia coli – bactéria bem estudada, sendo o principal organismo de investigação. Habita no cólon de humanos e outros animais.

Pasteurellales – patogénicos em humanos e animais: Pasteurella (cólera das aves, pneumonia em gado) e Haemophilus influenzae (sinusite, pneumonia, bronquite, meningite).

DeltaProteobacteria

Grupo constituído por 8 ordens e 20 famílias, constituindo um grupo, não muito numérico, mas bastante diverso. São predadores (bdellovibrios e myxobacterias) ou quimioorganotróficos e anaeróbios, que formam sulfureto a partir de sulfato e enxofre, quando se oxidam nutrientes orgânicos.

Desulfovibrionales, Desulfobacterales e Desulfomonadales – bactérias redutoras de sulfato e enxofre, anaeróbias e importantes no ciclo do enxofre (Desulfovibrio).

Bdellovibrionales – Bdellovibrio. Myxococcales – seres de mobilidade deslizante e com um ciclo de vida complexo

(produzindo corpos frutíferos).

EpsilonProteobacteria Grupo constituído por 1 ordem e 3 famílias, que consituem o grupo mais pequeno das

Proteobacteria. São seres com forma de bastonetes finos, lineares, curvos ou helicoidais. Possui 2 géneros patogénicos (Campylobacter e Helicobacter).


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Firmicutes Grupo grande e complexo, constituído por 3 classes (Mollicutes (Mycoplasma),

Clostridia, Bacilli), 10 ordens e 34 famílias de bactérias gram-positivo e com baixo conteúdo em guaninas-citocinas.

Mollicutes / Mycoplasma – bactérias pequenas, que evoluíram de ancestrais com parede Gram-positivo, mas que a perderam, não sintetizando peptidoglicanos. Seres deslizantes, que estão envoltos por membrana citoplasmática (pleomorfismo) e que têm genomas pequenos. Necessitam de esteróis, ácidos gordos, vitaminas, aminoácidos, purinas e pirimidinas. Na sua maioria, são anaeróbios facultativos e anaeróbios obrigatório, que habitam em ambientes diverdificados (animais, plantas, solo, pilhas de compostagem).

Patologias – respiratórias (pneumonia atípica) e urogenitais, pleuropneumonia bovina, doença repsiratória crónica em galinhas, pneumonia suína …

Clostridia – bactérias de Gram-positivo, mas que coram como Gram-negativo.

Heliobacterium e Heliophilum – fotossíntese anoxigénica (BClg), com fotossistema I e sem membranas intracelulares;

Veillonella – biota da boca, tubo gastrointestinal e urogenital do Homem;

Clostridium – anaeróbio, que produz esporos resistentes ao calor, podendo ser patogénicos (biotulismo, tétano e gangrena gasosa). Reacção de Stickland (fermentação de aminoácidos), produção de butanol.

Bacilli – bactérias com a forma de bastonetes e cocos com ou sem endósporos. Possuem enorme importância na produção de antibióticos (bacitracina, gramicidina, polimixina), envenenamento alimentar (B. cereus); insecticidas (B. Thuringiensis e B. sphaericus, toxinas), antrax e carbúnculo (B. anthracis, animais e homens).

Actinomycetes – constituído por 1 classe, 5 sub-classes, 6 ordens, 14 sub-ordens e 44 famílias. Bactérias de gram-positivo e elevado conteúdo em guaninas e citocinas. São aeróbios e produtores de esporos assexuais, criando um grupo diverso e complexo. Possui um ciclo de vida complexo (micélios, com metabolismo secundário), com hifas aéreas, filamentosas e septadas (esporos de parede fina), com exósporos devido à falta de nutrientes.

São habitantes do solo, que decompõem uma grande variedade de compostos orgânicos, sendo poucos os patogénicos no homem, animais ou plantas. São a fonte da maioria dos antibióticos, anticancerígenos, antihelmínticos e imunossupressores.

Bactérias com composição variável da parede celular, morfologia, cor do micélio, esporos e fosfolípidos das membranas celulares (constituindo características taxonómicas).

Actinomyces, Micrococcus, Arthrobacter, Corynebacterium (diphteria causa difteria), Mycobacterium (bovis, tuberculosis que causa tuberculose, leprae que causa lepra), Nocardia e Rhodococcus (degradação de hidrocarbonetos, PCBs, detergentes e borracha), Propionibacterium (fermentação de açúcares e queijo, acnes causa o acne), Streptomyces (importância ecológica e médica), Franquia (cresce em nódulos radiculares de plantas não leguminosas e fixadoras de azoto), Bifidobacterium (fermentativa com produção de ácidos acético e láctico, sendo o colonizador inicial do tracto intestinal).

Firmicutes – Bacillales / Bacilli

Bacillus – bastonetes quimioheterotróficos, com endósporos, geralmente, móveis (flagelação perítrica).Aeróbios com catalase positiva(Bacillus subtilis, gram + melhor estudado).

Staphylococcaceae / Staphylococcus – cocos que se dividem em mais do que um plano, formando agrupamentos irregulares. Existem estafilococos patogénicos (cocos invasivos que levam à produção de pus), habitantes normais de tracto respiratório superior, pele, intestino e vagina, espécies patogénicas, relativamente não patogénicas e mucosas. Constituem doenças em pessoas com poucas defesas (normalmente). S. aureus possui eficácia de patogenicidade, devido a factores extracelulares, toxinas e propriedades invasivas.


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Listeriaceae / Listeria monocytogenes – importante agente causal de doença (listeriose). Está presente no solo, vegetação e animais, em grávidas e imunossuprimidos. A transmissão é feita através de alimentos contaminados, podendo originar meningite, sepsia e nado morto.

Lactobacillales – produzem ácido láctico como único ou principal produto da fermentação (bactérias do ácido láctico). Bactérias fastidiosas (vitaminas, aminoácidos, purinas e piramidinas), não esporulantes, sem citocromos, obtendo energia por fosforilação a nível do substrato (Streptococcus, Enterococcus, Lactocossus, Lactobacillus, Leuconostoc).

Lactobacillus – parte da microbiota humana e indespensável na indústria alimentar. Realiza fermentações lácteas (pão, lácteos, vegetais, fermentados), sendo probióticos;

Leuconostoc – fermentação heteroláctica para a produção de vinho, vegetais fermentados, manteiga, queijos e dextrano. É um problema nas refinarias de açúcar.

Enterococcus faecalis – residente do tracto intestinal, patogénico oportunista no tracto urinário e endocardite.

S. pyogenes – patogénico, impetigo, erisipela, faringite estreptocócica, pneumonia estreptocócia, doenças pós-estreptocócicas (glomeronefrite e febre reumática).

Archeae Grupo com grande diversidade morfológica (esférica, bastonete, espiral, lobada,

cubóide, triangular, forma de placa, irregular ou pleomórfica) e fisiológica (aerobiose, anaerobiose facultativa e estrita) e que podem estar isoladas, em filamentos ou agregados.

Bactérias gram-negativo ou positivo têm uma parede celular diferente das bactérias, com uma multiplicação por fissão binária, gemulação, fragmentação ou outros mecanismos.

Nutricionalmente, são quimiolitoautotróficos ou organotróficos com estirpes psicrófilos, mesófilos e hipertermófilos, mas não patogénicas.

Forma 2 grupos filogenéticos (Euryarchaeota e Crenarchaeota) e 5 grupos morfofisiológicos, principais de Archaea:

Metanogénicas – anaeróbios estritos. O metano é o principal produto final do metabolismo. Enxofre livre poderá ser reduzido a H2S, sem intervenção de energia produzida. Possui coenzima M, factores 420 / 430 e metanopéptido;

Redutoras de sulfato – células cocóides gram-negativas. H2S é formado a partir do tiosulfato e sulfato. Crescimento autotrófico com tiosulfato e H2. Pode crescer heterotroficamente. Porções de metano são, também, formadas. Termofílicos extremos e anaeróbios estritos. Possuem o factor 420 e metanopeptina, mas não a coenzima M nem o factor 430;

Halofílicas extremas – gram-negativo ou gram-positivo, mas, como todas as archaeas, sem peptidoglicanos nas suas paredes celulares. Primariamente quimioorganoheterotróficos. A maioria produz colónias vermelhas, mas algumas são despigmentadas. Neutrofílicas a alcalinofílicas. Normalmente mesofílicas. Possui bacteriordopsina ou halordopsina e que pode usar energia luminosa, para produzir ATP;

Sem parede celular – células pleomórficas, sem parede celular. Termoacidofílicas e quimioorganotróficas. Anaeróbias facultativas. Membrana citoplasmática contém glicoproteínas e lipoglicanos ricos em manose.

Termofílicos extremos – células gram-negativo. Termofílicos obrigatórios. Normalmente, anaeróbios estritos mas também podem ser aeróbios ou facultativos. Acidofílicos ou neutrofílicos. Autotróficos ou heterotróficos. A maioria metaboliza o enxofre.


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Crenarchaeota Constituído por 1 classe, 4 ordens e 6 famílias. São termófilos (geralmente

hipertermófilos), muitos deles dependentes do enxofre, como dador de electrões por litotróficos ou como aceitador de electrões na respiração anaeróbia. Caracterizados por terem um lípido específico (crenoarqueol).

São abundantes em habitats marinhos, arrozais, solos e sedimentos de lagos, em áreas envolventes de locais submarinos de actividade vulcânica e sulfataras.

Pyrodictiaceae – anaeróbios estritos;

Sulfolobus – termoacidófilo, quimiolitoheterotrófico. Oxidam S0 em SO4, sendo aceitadores de electrões.

Euryarchaeota

Muito diverso com 5 principais grupos fisiológicos:

Metanógenos – anaeróbios estritos que formam metano ou metano com dióxido de carbono. Maior grupo de arqueias cultivadas, que habitam em ambientes anóxicos (rúmen e intestino de animais, sedimentos, pântanos e digestores anaeróbios). São metanógenos activos (Methanosarcina, Methanobacterium);

Halobacteria – halófitas extremas, maioritariamente, aeróbias quimiorganotróficos, com uma variedade de formas (cocos, bastonetes, cúbicas, piramidais). Habitam em salinas marinhas e lagos salgados (Halobacterium salinarium);

Thermoplasmas – termoacidófilos, sem parede celular, mas com membrana citoplasmática reforçada por tetraéteres de diglicerol, glicolípidos e glicoproteínas (Thermoplasma);

Termófilos extremos redutores de S0 – bactérias móveis, anaeróbios estritos que reduzem enxofre em H2S (Thermococcus, Pyrococcus);

Redutores de sulfato (Archaeglobus) – cocos irregulares, gram-negativo, com parede celular glicoproteica, que reduz sulfato, sulfito ou tiossulfito, a sulfureto. É termófila extrema, isolada de chaminés vulcânicas marinhas.


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NUTRIÇÃO E CRESCIMENTO DE MICRORGANISMOS

Ubiquidade, Diversidade e Adaptabilidade Ubiquidade – capacidade de colonizar todo e qualquer sítio do planeta. Estima-se que

existem cerca de 1012 bactérias na pele, 1010 na boca e 1014 no tracto gastrointestinal. A diversidade que se verifica num organimo traduz-se, também, no seu genoma. Se

forem considerados todos os genomas diferentes das bactérias do tracto intestinal, chega-se a um genoma superior ao humano. Assim, os humanos são superorganismos cujo metabolismo representa uma amalgamação de atributos humanos e microbianos.

Adaptabilidade – adaptação dos microrganismos a todos e quaisquer habitats.

Metabolismo Microbiano O metabolismo microbiano é constituído por processos catabólicos e anabólicos.

Composição Química de uma Célula de Escherichia coli Percentagens de peso seco, dos diferentes compostos celulares:

Macromoléculas totais (96%) – proteínas (55%), polissacarídios (5%), lípidos (9,1%), DNA (3,1) e RNA (20,5%);

Mónomeros totais (3%) – aminoácidos e precursores (0,5%), açúcares e precursores (2%), nucleótidos e precursores (0,5%);

Iões inorgânicos (1%). Para saber a nutrição de uma bactéria, é necessário o conhecimento dos nutrientes

que necessita e de como é constituída. Assim, para a célula crescer é essencial uma noção dos seus dados moleculares. A molécula mais importante do peso seco de uma bactéria é o carbono.

Elemento % de peso seco Fonte Função

Carbono 50 Compostos orgânicos ou CO2 Principal constituinte do material celular

Oxigénio 20 H2O, compostos orgânicos, CO2 e O2 Constituinte do material e água celular. O2 é o aceptor de electrões, na respiração aeróbica

Azoto 14 NH3, NO3, compostos orgânicos, N2 Constituinte de aminoácidos, nucleotídios de ácidos nucleicos e coenzimas

Hidrogénio 8 H2O, compostos orgânicos, H2 Principal constituinte de compostos orgânicos e da água celular

Fósforo 3 Fosfato inorgânico (PO4) Constituinte de ácidos nucleicos, nucleotídios, fosfolípidos, LPS e ácidos teicóicos

Enxofre 1 SO4, H2S, S0, compostos de exofre orgânicos Constituinte da cisteína, metionina, glutionina e várias coenzimas

Potássio 1 Sais de potássio Principal catião celular inorgânico e cofactor para certas enzimas

Magnésio 0,5 Sais de magnésio Catião celular inorgânico, cofactor para algumas reacções enzimáticas

Cálcio 0,5 Sais de cálcio Catião celular inorgânico, cofactor para algumas enzimas. Componente do endósporo

Ferro 0,2 Sais de ferro Componente de citocromos e algumas proteínas de ferro (sem ser o heme). Cofactor de algumas reacções enzimáticas

Categorias Nutricionais de Microrganismos

Categorias nutricionais de organismos, numa classificação que combina a natureza das fontes de carbono e a sua energia:

Categorias nutricionais Fonte de carbono Fonte de energia Organismos (exemplos)

Fotoautotrófico CO2 Luz Algas, bactérias fotossintéticas

Fotoheterotrófico Composto orgânico Luz Bactérias fotossintéticas, arqueobactérias halófilas

Quimiolitoautotrófico CO2 Inorgânica Eubactérias nitrificantes e oxidantes do enxofre

Quimiolitoheterotrófico Composto orgânico Inorgânica Algumas arqueobactérias metanogénicas

Quimiorganoautotrófico CO2 Orgânica Eubactérias metilotróficas autotróficas

Quimiorganoheterotrófico Composto orgânico Orgânica Fungos, protozoários, a maior parte das eubactérias

Quando a fonte de carbono é o dióxido de carbono, então os seres são autotróficos, se a fonte for um composto orgânico, os seres são, então, heterotróficos.

Nutrientes para

Biossíntese

Químicos, Luz (fonte

de energia)

Produtos de excreção

(produtos da fermentação,

ácidos, álcool, dióxido de

carbono, electrões

aceptores reduzidos)

Energia

Energia CATABOLISMO

ANABOLISMO

Macromoléculas e

outros componentes

celulares


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Requisitos Nutricionais de Microrganismos Qualquer elemento tem de ser fornecido na quantidade certa, pois se for em excesso

pode provocar um efeito tóxico na cultura de determinado microrganismo. Os nutrientes podem ser:

Macronutrientes: Elemento Fonte Forma química fornecida no meio d cultura

Carbono Compostos orgânicos ou CO2 Glucose, malato, acetato, piruvato, outros compostos ou misturas complexas

Hidrogénio H2O, compostos orgânicos H2O, compostos orgânicos

Oxigénio H2O, compostos orgânicos, O2 H2O, O2, compostos orgânicos

Azoto NH3, NO3, compostos orgânicos Inorgânico: NH4Cl, (NH4)2, SO4, KNO3, N2 Orgânico: aminoácidos, bases de azoto de nucleotídios, outros compostos orgânicos contendo azoto

Fósforo PO43- KH2PO4, Na2HPO4

Enxofre SO42-, H2S, S0, compostos de exofre orgânicos Na2SO4, Na2S2O2, Na2S, cistéina e outros compostos orgânicos

Potássio K+ em solução ou sais de potássio KCl, KH2PO4

Magnésio Mg2+ em solução ou sais de magnésio MgCl2, MgSO4

Sódio Na+ em solução ou NaCl e outros sais NaCl

Cálcio Ca2+ em solução, CaSO4 ou outros sais de cálcio CaCl2

Ferro Fe2+ ou Fe3+ em solução ou FeS, Fe(OH)3 ou outros sais de ferro

FeCl2, FeSO4, vários ferros em solução

Micronutrientes: Elemento Função celular

Crómio Necessário para mamíferos no metabolismo da glucose

Cobalto Vitamina B12. Transcarboxilase (ácido propiónico em proteínas)

Cobre Certas proteínas, envolvidas na respiração (citocromo c oxidase) ou na fotossíntese (plastocianina). Algumas dismutases superóxidas

Manganês Activa muitas enzimas. Presente em algumas dismutases superóxidas e em enzimas do fotossistema II na fototrofia oxigénica

Molibdénio Presente em várias enzimas. Na nitrogenase molibdénio, nitrato redutase, enxofre oxidase, DMSO-TMAO redutases, algumas desidrogenases, oxotransferases

Niquél Maioria hidrogenases. Coenzimas entanogénicas. Monóxido de carbono desidrogenase. Ureia

Selénio Forma desidrogenase. Algumas hidrogenases. Aminoácidos selenocistéina

Tungsten Formas de desidrogenase. Oxotransferases de hipertermófilos

Vanadio Vanadio nitrogenase. Bromoperoxidase

Zinco Presente na enzima carbónica anidrase, álcoól desidrogenase, RNA e DNA polimerases e muitas proteínas de ligação de DNA

Ferro Citocromos, catalases, peroxidases, ferro-enzofre proteínas, oxigenases

Cofactores e coenzimas – moléculas não proteicas que se ligam a proteínas,

conferindo-lhes propriedades funcionais, que os aminoácidos não conseguem. Podem ser moléculas orgânicas de dimensões consideráveis, metais ou uma combinação de ambas. Algumas ligam-se às proteínas covalentemente, contudo a maioria estabelece ligações fracas.

Factores de Crescimento

Factores de crescimento – compostos orgânicos tais como aminoácidos, purinas, pirimidinas e vitaminas, que a célula necessita para crescer, mas que não consegue sintetizar.

Para o crescimento de determinados microrganismos é necessário a junção de alguns factores de crescimento, pois estes seres não são capazes de os sintetizar, por si só, logo têm de ser adicionados ao meio de cultura.

Estes factores são compostos pois têm uma fonte de carbono, sendo apenas usados como blocos, para serem englobados em processos biológicos.

Estirpes fastidiosas – organismos que possuem necessidades nutricionais complexas e necessitam de vários factores de crescimento.

Estirpes auxotróficas – estirpes mutantes de bactérias que necessitam de alguns factores de crescimento, os quais a estirpe selvagem não necessita.

Algumas bactérias não necessitam de factores de crescimento pois são capazes de sintetizar todos os compostos essenciais, através de uma fonte de carbono e como parte do seu metabolismo intermédio.

A Escherichia coli cresce em quase todos os locais e é capaz de sintetizar os elementos que necessita, mas certas estirpes, as auxotróficas, necessitam de englobar esses factores de crescimento, a partir do ambiente.


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Vitaminas: Vitamina Forma de coenzima Função

Ácido p-Aminobenzóico (PABA) – Precursos da biossíntese do ácido fólico

Ácido fólico Tetrahidrofolato Transferência de uma unidade, de um carbono. Necessário para a síntese de timina, bases purinas, serina, metionina e pantotenato

Biotina Biotina Reacções de biossíntese que necessitam da fixação de CO2

Ácido lipóico Lipoamido Transferência de grupos acil na oxidação de ácido cetona

Ácido mercaptoetano-sulfónico Coenzima M Produção de CH4 por metanogénicos

Ácido nicotínico NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e NADP Transportador de electrões em recções de desidrogenase

Ácido pantoténico Coenzima A e a proteína transportadora Acil (ACP) Oxidação de ácidos cetona e transportadores de grupos acil no metabolismo

Piridoxina (B6) Fosfato piridoxal Transaminação, desaminação, descarboxilação

Riboflavina (B2) FMN (flavina mononucleotídeo) e FAD (flavina adenina dinucleotídio) Reacções de oxirredução

Tiamina (B1) Tiamina pirofosfato (TPP) Descarboxilação de ácidos cetina e reacções transaminase

Vitamina B12 Cobalamina junto ao nucleosídio de adenina Transferência de grupos metil

Vitamina K Quinonas e naftoquinonas Processamento do transporte de electrões

Meios de Cultura

Meio de cultura – meio nutrional onde os microrganismos são capazes de colonizar. Meio de cultura definido – sintético (sacarose + água + K2HPO4 + (NH4)2HPO4 + MgSO4 +

FeSO4 + MnSO4). Meio de cultura mínimo – número mínimo de compostos, necessários para o

crescimento de determinado microrganismo. Através da observação dos elementos que constituem o meio, consegue-se saber os elementos, que o ser necessita, para o seu crescimento. Meio de cultura mais simples.

Meio de cultura complexo / não-definido – os compostos que constituem o meio de cultura não possuem fórmulas, são apenas extractos. Não se consegue determinar as substâncias que as bactérias necessitam para crescer, apenas pela observação da sua composição (extracto de carne + peptona + glucose + agar + água).

Meios de cultura selectivos – meios onde são adicionados determinados compostos, que favorecem o crescimento de determinado microrganismo. Pode ser selectivo, pelo não fornecimeno de determinado composto, permitindo o isolamento de bactérias que se desenvolvem nessas condições de falta do composto, como seria pretendido (ácidos casamino + extracto de carne + KCl + FeCl2 + NaCl + água).

Os meios de cultura selectivos podem ser enriquecidos com uma fonte de azoto gasoso (exemplo) ou com compostos inibidores.

Meios de cultura selectivos e diferenciais – para além de seleccionarem determinado tipo de bactérias (selecção) conseguem distinguir tipos de metabolismos das mesmas.

Agar de manitol e sal – meio de cultura que apresenta uma cor vermelha rosada. A degradação do manitol leva à produção de ácido. Este ácido muda a cor do meio de rosado a amarelo.

Agar de MacConkey – só permite o crescimento de bactérias gram-negativas, pois possui como inibidores o violeta de cristal o que faz com que as bactérias gram-positivas não consigam crescer.

Estado físico Líquido / Sólido / Semi-sólido

Composição química Quimicamente definidos / Quimicamente complexos

Objectivos funcionais Simples / Selectivos / Diferenciais / Enriquecidos

Boletins técnicos dos meios de cultura (DIFCO):

Violet Red Bile Glucose (VRBG) Agar – usado para a detecção e enumeração de Enterobacteriaceae, em alimentos e produtos diários. Como é um meio sem lactose (apenas glicose), permite seleccionar organismos que não a utilizem.


31

Técnicas para Isolamento de Microrganismos Técnica do riscado – com uma ansa, contendo o inóculo,

riscar superficialmente o meio de cultura sólido. Esterilizar a ansa, sempre que se muda de durecção, a fim de diluir o inóculo. Aparecimento de colónias individualizadas após incubação.

Técnica por espalhamento – pipetar a amostra diluída sobre a superfície do meio de cultura sólido e espalhar com a ajuda de uma vareta de vidro estéril dobrada em L (espalhador). Incubar a placa em posição invertida. Aparecimento de colónias individualizadas na superfície do agar, após incubação.

Técnica por incorporação – pipetar a amostra diluída numa placa de petri estéril. Adicionar meio de cultura com agar, previamente liquefeito, e misturar cuidadosamente. Deixar solidificar. Incubar a placa em posição invertida. Aparecimento de colónias isolada à superfície e/ou no interior do agar após incubação.

Também podem ser utilizados meios selectivos e diferenciais para se isolarem, determinados microrganismos, em certas condições.

Factores Físicos / Ambientais que Condicionam o Crescimento Bacteriano

O estado físico de um meio depende da percentagem de gelificante que possui. Os factores físicos que condicionam o crescimento bacteriano são o oxigénio, a

temperatura, o pH e a osmolaridade. Os procariotas existem na natureza, sob uma enorme variedade de condições físicas,

tais como a concentração de oxigénio e do ião hidrogénio (pH), e a temperatura. Os limites de exclusão da vida no planeta, com parâmetros ambientais, são sempre determinados por alguns microrganismos, a maioria procariotas e frequentemente Archaeon.

Oxigénio e Crescimento Bacteriano

Oxigénio e crescimento bacteriano – permite inferir que tipo de metabolismo possuem as bactérias, para a obtenção de energia. Faz-se uma picada profunda, ao longo do meio de cultura, e observam-se resultados, após incubação.

Aeróbios obrigatórios – crescem apenas na zona em contacto com o oxigénio.

Anaeróbios obrigatórios – crescem apenas no fundo do tubo. Teria de ser realizado em condições de vácuo, para excluir qualquer tipo de oxigénio existente.

Anaeróbios facultativos – desenvolvem-se na superfície e ao longo do meio de cultura. Não é correcto afirmar que estes seres são aeróbios facultativos.

Microaerofílicos – não crescem na superfície, mas crescem muito perto dela.

Aerotolerantes – crescem dispersos por todo o meio de cultura.

Defesas antioxidantes enzimáticas – enzimas que constituem defesas contra o

oxigénio, em organismos anaeróbios:

Catalases: ;

Peroxidases: ;

Catalase-peroxidases;

Superoxide dismutases:

;

Grupo Aeróbio Anaeróbio Efeito do oxigénio

Aeróbio obrigatório Crescimento Sem crescimento Necessário (utilizada para a respiração aeróbia)

Microaerófilo Crescimento, se o nível não for muito elevado Sem crescimento Necessário, mas a níveis inferiores a 0,2 atm

Anaeróbio obrigatório Sem crescimento Crescimento tóxico –

Anaeróbio facultativo Crescimento Crescimento Não necessário para o crescimento, mas utilizado quando disponível

Anaeróbio aerotolerante Crescimento Crescimento Não necessário nem utilizado


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Cat Sod

Aeróbios obrigatórios + +

Anaeróbios obrigatórios - -

Anaeróbios facultativos + +

Microaerofílicos + +

Anaeróbios aerotolerantes +/- +

Câmaras e incubadoras de anaerobiose – realiza meios de cultura para seres anaeróbios obrigatórios (tioglicolato ou cisteína, agentes redutores). Há a remoção de oxigénio, por fervura ou bomba de vácuo e adição de azoto.

Palladium – permite retirar a totalidade do oxigénio, da atmosfera.

Temperatura e Crescimento Bacteriano Cada organismo está delineado para crescer sob determinadas condições de

temperatura, que podem ser muito diferentes, para seres vivos diferente. Devido pode-se dividir os seres, quanto à temperatura em:

Psicrófilos – sobrevivem a temperaturas compreendidas entre -10°C e 20°C, cuja temperatura óptima de crescimento é 13°C (Flavobacterium species);

Mesófilos – sobrevivem a temperaturas compreendidas entre 10°C e 50°C, cuja temperatura óptima de crescimento é 39°C (Escherichia coli);

Termófilos – sobrevivem a temperaturas compreendidas entre 40°C e 70°C, cuja temperatura óptima de crescimento é 60°C (Bacillus stearothermophilus);

Hipertermófilos – sobrevivem a temperaturas compreendidas entre 65°C e 100°C, cuja temperatura óptima de crescimento é 89°C (Thermococcus celer);

Hipertermófilos extremos – sobrevivem a temperaturas compreendidas entre 80°C e 110°C, cuja temperatura óptima de crescimento é 105°C (Pyrodictium).

Existem 2 tipos fundamentais diferentes de termófilos: os ancestrais (desenvolvidos em ambientes termofílicos desde o início) e os recentes (desenvolvidos a partir de organismos mesófilos com adaptações recentes).

As adaptações que os seres termófilos recentes desenvolveram, para resistir a temperaturas elevadas, são:

Membrana citoplasmática (Bacteria e Eukarya com bicamada fosfolipidca modificada) – aumento de ácidos gordos saturados, com cadeias de hidrocarbonetos que variam no tamanho (12-24 carbonos);

Membrana citoplasmática (Archaea mais estável no seu conjunto) – ligações éter entre glicerol e cadeias hidrofóbicas (ácidos gordos). Estas pontes de éter são mais estáveis que as de éster (C40 constituído por cadeias de 5 carbonos composto de isoprenos). Estrutura compreendida numa bicamada;

Proteínas (enzimas) – substituições críticas de aminoácidos, numa ou mais localizações. Perrmitindo às proteínas serem mais densas, e mais estáveis. Aumento do número de pontes de dissulfito, logo aumentam a estabilidade e restência. Chaperones são também sintetizados (proteínas que ajudam outras, a duplicar e, também, a reduplicar proteínas desnaturadas);

Estrutura do RNA – RNA termofílico, rico em pares de bases Guaninas-citocinas. RNA anormalmente pequeno, sem sequências extra e com menor possibilidade de duplicações não-funcionais.

pH e Crescimento Bacteriano

De acordo com o pH óptimo, de actuação de cada organismo, surgem várias classes:

Acidófilos – pH óptimo é o ácido (1 – 4,5);

Neutrófilos – pH óptimo é o neutro (5,5 – 8,5);

Alcalófilos – pH óptimo é o básico (7,5 – 11,5).


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Osmolaridade e Crescimento Bacteriano Halófilos – grupos que se dividem, consoante a percentagem de sal que suportam para

permanecerem vivos.

Não-halófilos – Escherichia coli ;

Fracos / Halotolerantes – suportam 1% – 6 % de NaCl (Staphylococcus aureus);

Moderados / Halófilos – suportam 6% – 15 % de NaCl (Vibrio fischeri);

Extremos / Halófilos extremos – suportam 15% – 30 % de NaCl (Halobacterium salanarium).

Osmófilos – organismos que crescem em ambientes com uma alta pressão osmótica. Osmotolerantes – organismos que não necessitam de ambientes com uma alta pressão

osmóticas, para se desenvolverem, mas que os conseguem tolerar. Solutos compatíveis – solutos diferentes que as bactérias utilizam, para conseguir

contrariar a osmose de certas substâncias vitais, pelo aumento desses solutos.

Bactéria não fototrófica – glicina, prolina (maioria gram-positivo), glutamate (maioria gram-negativo);

Cianobactéria de água doce – sacarose, trehalose;

Cianobactéria marinha – α-glucosilglicerol;

Alga marinha – manitol, vários glicosídios, proline, dimetilsulfonio propionate;

Cianobacteria de lagos salgados – glicina;

Bactéria fototrófica halofílicas anoxigénicas – glicina, ectoina, trehalose;

Archaea halofílicas extremas – KCl;

Alga verde halofílica – glicerol;

Xerofílica – glicerol;

Fungos filamentosos xerofílicos – glicerol. Colecções de Microrganismos

Os microrganismos que são trabalhados, em laboratório, encontram-se em catálogos de colecções de microrganismos, que estão disponíveis em todo o mundo e para toda a gente.

Bactérias de risco, não são disponibilizados a qualquer pessoa, apenas sob a apresentação de um documento autorizado, feito por uma autoridade governamental.

Mesmo assim, os laboratórios, para trabalharem com bactérias de risco muito elevado (patogénicos humanos para os quais não existe tratamento), necessitam de ser construídos com segurança de nível 4 e necessitam ainda de ter autorizações especiais.

Manutenção e Conservação de Microrganismos

Refrigeração (4 °C)– redução das temperaturas, de modo que os organismos fiquem com um metabolismo muito reduzido.

Congelação:

Crioprotecção (-70 °C a -80 °C) – utilização de um soluto (5 – 30 % glicerol) que não seja metabolizado pela bactéria;

Azoto líquido (-180 °C). Liofilização – baixas temperaturas, vácuo e baixa quantidade de água.


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CINÉTICA DO CRESCIMENTO BACTERIANO

Crescimento Bacteriano Uma célula jovem, de uma fase jovenil do ciclo de vida, possui 1 cromossoma

(replicão) e ribossomas espalhados no citoplasma. A célula prepara-se para a divisão, enlongando a sua parede celular, membrana

citoplasmática e volume total. Entretanto no seu interior, a parede desenvolve entalhes que irão, eventualmente, formar o septo transversal. Só então, o cromossoma duplicado torna-se fixo a locais especiais da membrana citoplasmática.

Os 2 replicões diferentes, vão-se fixar na membrana citoplasmática, em lados opostos da célula, enquanto se forma o septo, ficando os cromossomas divididos, fisicamente.

O septo da parede cresce para o interior e os cormossomas são puchados para topos opostos da célula, há medida que esta alarga. Outros componentes citoplasmáticos são distribuídos (aleatoriamente), nas 2 células em desenvolvimento.

Neste ponto, as 2 células-filhas são divididas. Algumas espécies vão separar-se completamente, enquanto outras vão permanecer juntas, formando cadeias ou duplos (por exemplo).

Curva de crescimento:

Determinação do número de células viáveis (método da diluição em placa) – cada

colónia originada, corresponde a uma ‘célula’. Correctamente, corresponde a uma unidade, do número total de células formadas.

60 min 0,1 ml

120 min 0,1 ml

180 min 0,1 ml

240 min 0,1 ml

300 min 0,1 ml

360 min 0,1 ml

420 min 0,1 ml

480 min 0,1 ml

540 min 0,1 ml

600 min 0,1 ml

Amostra diluída em meio de agar líquido e espalhada na superfície do meio sólido

Placas incubadas, colónias contadas

Número de colónias por 0,1 ml < 1 1 3 7 13 23 45 80 135 230

Total estimado de população celular < 5000 5000 15000 35000 65000 115000 225000 400000 675000 1150000

Cinética do Crescimento Bacteriano

(número de células no tempo inicial), (número de células a determinado

tempo), n (número de gerações). Esta fórmula apenas corresponde à fase exponencial, do crescimento de uma

bactéria. Se uma célula se reproduzir através de uma divisão binária, então a população

duplica com cada nova divisão celular ou regeneração. Este processo pode ser representado por logaritmos ou números.


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Graficamente, a produção celular linearizada corresponde a uma linha de crescimento exponencial, enquanto arimeticamente forma uma curva. É normal linearizar os gráficos, de modo a minimizar a escala do crescimento.

Parâmetros de Crescimento de uma População Bacteriana em Sistema Fechado

Tempo de duplicação:

(onde Ni – número de células no tempo inicial ; N1 – número de células no tempo final ; n – número de gerações)

sendo

em que representa o tempo de

duplicação,

Determinação gráfica do tempo de duplicação:

Parâmetros de crescimento em sistema fechado:

Parâmetros de crescimento de uma população bacteriana, em sistema descontínuo ou fechado:

isto é

como ln2/g é constante será

representado por µ e designado por taxa específica de crescimento.

, como o declive de uma recta é

e

como

então

.

Determinação do Número de Células

Para a determinação do número de células viáveis e não viáveis utiliza-se:

Câmara de contagem de Petroff-Hausser – uma pequena amostra é colocada numa rede, de baixo de uma cobertura de vidro. As células individuais, vivas ou mortas, são contadas. Este número pode ser usado para calcular a quantidade total de microrganismos, numa amostra;

Contador de partículas Coulter Counter – coloca-se a amostra numa sonda imersa e, através da sua ligação a uma corrente eléctrica, é possível o cálculo das células, da amostra.

Para a determinação e análise do número de células, utiliza-se:

Citómero de fluxo – sonda com um canal, por onde só passa uma célula de cada vez. Existe um emissor e um receptor, que emite um certo comprimento de onda;

Fluorescence activated cell sorter (FACS) – faz a contagem das células e permite separar as populações, de células diferentes, para tubos diferentes. No fim, cada tipo de células, está marcada por um fluorocromo diferente.


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Não é viável fazer estudos no FACS com microrganismos de crescimento colonial, pois estas não se separam. Logo, é necessário procurar alternativas para essa quantificação.

Em alternativa à quantificação do número de células, pode-se determinar a massa celular, por métodos directos (peso seco) ou por métodos indirectos (turbidimetria).

Determinação da massa celular por turbidimetria – espectrofotómetro e fotómetro Klett-Summerson. No espectrofotómetro, dá para correr todo o espectro e seleccionar apenas aqele com maior absorvância, para se fazerem os cálculos necessários. O fotómetro é mais arcaico, sendo necessário um filtro para ser possível quantificar as células, com crescimento planctónico (individualizado), em solução.

Crescimento Colonial e Pleomórfico Pleomórfico – com diferenciação. A quantificação de indivíduos coloniais através de uma amostra proteica,

graficamente constitui uma curva muito diferente da exponencial, pois estes seres, em colónia, não se dividem binariamente, apenas vão crescendo, gradualmente.

Cultura em Sistema Contínuo ou Aberto

Sistema fechado – vai ocorrendo a deplecção de nutrientes e o aumento de produtos tóxicos concentrados, o que compromete a cinético normal do crescimento colonial.

Sistema contínuo – cultura que impede o aumento de produtos tóxicos, através da remoção desse meio e adição de meio fresco.

Numa cultura fechada verificam-se, nas várias células, todo o ciclo celular, enquanto numa cultura aberta, as células estacionam na fase exponencial.

Quimióstato – controlam o meio de cultura, mantendo as células sempre na fase exponencial, pois gere a adição de um nutriente limitativo, no meio de cultura (há meio tóxico a sair e meio fresco, com quantidade limitante de nutriente essencial, a entrar). A razão de crescimento é determinada pela razão de fluxo do meio, através do vaso.

Turbidostato – controlo da densidade da cultura, por turbidometria. O princípio é

diferente do anterior, mas o resultado é exactamente o mesmo (põe a cultura em fase exponencial).

Culturas Sincronizadas

Culturas sincronizadas – todas as células da cultura estão na mesma fase de crescimento (exponencial).

Através de repicagens sucessivas, chega-se a uma fase onde todas as células se estão a dividir e todas são genetica e metabolicamente idênticas. As repicagens têm de ser sempre entre meios idênticos, ou seja, o meio fresco tem de ser igual ao meio onde as bactérias se encontravam.

Fonte luminosa Filtro / PrismaAmostra contendo as

células (onde incide luz)Fotocélula (medida de

luz)

Gravador (unidades) -Espectofotómetro /

Fotómetro

Frasco (com meio fresco) Válvula de controlo Fonte de ar Filtro de ar Vaso de cultura Receptáculo


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CONTROLO DO CRESCIMENTO BACTERIANO

Métodos de Controlo do Crescimento Microbiano

Desinfecção – destruição ou remoção de patogénicos vegetativos, mas não esporos

bacteriais, normalmente usado apenas em objectos inanimados, ou seja, é a remoção de células vegetativas (e não esporos) de superfícies inanimadas.

Esterilização – remoção ou destruição completa de todos os microrganismos viáveis num objecto inanimado, ou seja, é a remoção de todas as células (vegetativas e esporos) em objectos inanimados.

Anti-sepsia – químicos aplicados a superfícies corporais para destruir ou inibir patogénicos vegetativos, ou seja, é a remoção de células vegetativas (e não esporos), de objectos animados.

Métodos Físicos para Controlo do Crescimento Microbiano

Autoclave – esterilização por calor húmido, através do aumento da pressão e vapor de água.

Estufa de esterilização e secagem – esterilização por calor seco. Não ocorre aumento de pressão nem de vapor de água.

Esta esterilização por calor nunca pode ultrapassar os tempos de morte térmica, pois tal levaria à morte da cultura.

Radiações ionizantes – raios gama que podem penetrar numa barreira sólida, bombardear a célula, entrar nela e desalojar electrões das moléculas, o que causa uma quebra na molécula de DNA, ou seja, são capazes de ultrapassar barreiras sólidas (esteriliza produtos, que estão dentro de uma embalagem fechada).

Métodos de Controlo Microbiano

Agentes físicos

Calor

Seco

Incineração Esterilização

Dry oven Esterilização

Húmido

Sob pressão Esterilização

Água em ebulição, Água quente e pasteurização

Desinfecção

Radiação

IonizaçãoRaios X,

catodos, gamaEsterilização

Não-ionizante UV Desinfecção

Agentes químicos

Gases

Esterilização

Desinfecção

Líquidos

Em objectos animados Anti-sepsia

Em objectos inanimados

Desinfecção

Esterilização

Métodos de renovação mecânica

FiltracçãoAr Desinfecção

Líquido Esterilização


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Radiações não-ionizantes – radiação ultra violeta, de baixa frequência, que entra na célula e excita as moléculas. Tem um efeito mutacional no DNA, pois forma ligações anormais. Não é capaz de penetrar barreiras sólidas, ou seja, é utilizada apenas para esterilizar superfícies.

O efeito das radiações é, essencialmente, ao nível dos nucleotídios e do metabolismo, pois são induzidas mutações (devido à prolongada exposição à radiação) que vão impedir a divisão celular (bacterioestaticismo). Não provocam a sua morte imediada, apenas, a longo prazo, quando impedem a sua divisão (bacteriocídio).

Sob a acção da radiação ultra-violeta, formam-se dímeros de pirimidinas. Filtração – método mecânico de controlo do crescimento microbiano. Muitas marcas

de cerveja não utilizam a pasteurização, optam antes pela filtração, para uma melhor conservação do aroma e do sabor da bebida.

Métodos Químicos do Controlo do Crescimento Microbiano

Germicidas (microbicidas) – inclui a morte de todos os microrganismos. Desinfectante – hipoclorito de sódio, detergentes. Anti-sépticos – previnem situações de sepsia (etanol, H2O2, tintura de iodo). Bacteriostático – fungistático, algistático. Bactericida – os microrganismos morrem mas não entram em lise (desagregação da

célula). Fungicidas, algicidas. Bacteriolítico – os microrganismos podem, ou não, entram em lise celular (bactericida). Os métodos químicos de controlo do crescimento estão sob a acção de:

Fenóis – desnaturação proteica;

Halogénios – fortes oxidantes (tintura de iodo, lixívia e betadine);

Álcoois – desnaturação proteica e solubilização de lípidos;

Aldeídos – inactivação proteica;

Surfactantes – reduzem a tensão superficial (detergentes, sabões);

Metais pesados – desnaturação proteica (mercúrio);

H2O2 – oxidação de biomoléculas (água oxigenada). Modos de acção afectando proteínas funcionais – o estado nativo (funcional) é

mantido por ligações, que criam locais activos para encaixar no substrato. Alguns agentes desnaturam as proteínas, por quebra de todas ou algumas ligações secundárias / terciárias.

Álcoóis (desinfectantes e anti-sépticos) – um álcool mais diluído é mais eficiente que

um mais concentrado, pois a água permite que entre mais rapidamente o álcool, na célula, de modo a destruir as membranas e organelos da célula (álcoól a 100% apenas desidrata a célula, podendo não matar nem inviabilizar).

Assim, a acção do mecanismo do álcool depende, em parte, da sua concentração. Concentrações iguais ou superiores a 50%, são capazes de dissolver as membranas lipídicas, corrompem a tensão supeficial da célula e comprometem a integridade da membrana.

Estado nativo (Substrato + Enzima)

Calor + Mudança de pH Desnaturação completa

Calor + Mudança de pH Forma diferente

Metais pesadosBloqueia os locais activos

(competidor)

Local activo deixa de aceitar o substrato, logo a enzima

permanece activa


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O álcool é, então, uma excepção à regra, pois tem uma grande actividade microbiana a uma concentração de 70% (30% de água). Essa actividade é maior que num álcool que tenha uma concentração de 100% (0% de água), pois apenas desidrata a célula e inibe o seu crescimento, não inibindo, geralmente, a proteína coagulante.

Aldeídos (desinfectantes) – glutaraldeído e formaldeído.

Surfactantes (desinfectante e anti-sépticos) – inserem-se na membrana citoplasmática

e destroem a célula (actuam como detergentes). Assim, estes surfactantes inserem-se na bicamada lipídica, interrompendo-a e criando canais anormais que alteram a permeabilidade e causam a fuga de elementos da célula.

Metais pesados (desinfectantes) – actuam por competição dos locais activos de co-factores, pois ocupam esses lugares quando se ligam à enzima. Possuem uma função oligodinâmica (efeitos antimicrobiais em quantidades pequenas).

Infelizmente, o uso de metais no controlo microbial possui várias desvantagens:

Toxicidade para humanos e microrganismos se ingeridos, inalados ou absorvidos através da pele, mesmo em pequenas quantidades;

Causam, normalmente, reacções alérgicas;

Grande quantidade de fluídos biológicos que neutralizam as suas acções;

Micróbios podem desenvolver resistência a metais. Devido a este factor, não é aconselhável como desinfectante e anti-séptico, pois para

além do referido pode, também, causar bioacumulação nas cadeias alimentares. Peróxido de hidrogénio (desinfectante) – efeitos germicidas devem-se à acção, directa

ou indirecta, do oxigénio. Este oxigénio forma radicais livres de hidróxido (OH), que são muito tóxicos e reactivos, para as células. Este composto é bactericídia, viricídia, fungicídia e, em grandes concentrações, esporicídias.

Métodos Químicos de Controlo do Crescimento (Agentes)

Agentes antimicrobianos com capacidade terapêutica – têm de ter uma grande capacidade selectiva, para conseguirem actuar apenas em células bacterianas e não prejudicarem o Homem:

Antibióticos – produzidos por microrganismos;

Agentes antimicrobianos sintéticos (molécula modificada) e semi-sintéticos (molécula orgânica e molécula modificada);

Antimetabolitos – análogos dos factores de crescimento. Sulfamidas – análogos dos factores de crescimento. Molécula (sulfanilamida)

semelhante a uma vitamina (ácido p-aminobenzóico) que é necessária ao metabolismo bacteriano. Assim, compete com o factor de crescimento (ácido fólico), pela sua ligação.

Antagonismo competitivo (análogos de factores de crescimento) – em vez de adicionarem factores de crescimento, adicionam-se factores de competição, que vão ocupar os lugares de determinadas substâncias e acumular-se, comprometendo o crescimento bacteriano. Ou seja, a célula reconhece o análogo como um factor de crescimento, sem o ser, compromentendo o seu próprio crescimento.

Glutaraldeído Polimerização PoliglutaraldeídoLigação cruzada com a proteína microbiana

Grupos amino em peptidoglicanos


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Antibióticos Mecanismos de acção de antibióticos – actuam, especificamente, em bactérias.

Comprometem a parede celular das células, nomeadamente, a síntese de peptidoglicanos, actuando em vários níveis. Leva à destruição da célula.

Espectro de acção de agentes antimicrobianos:

Muitas vezes (principalmente em ambiente hospitalar, séptico), surgem

microrganismos resistentes a alguns antibióticos, ou então multiresistêntes. Diferentes mecanismos de resistência a antibióticos:

Inactivação de uma droga, como a penicilina, pela penicilinase (enzima que quebra uma porção de molécula, levando à sua inactivação);

O receptor que transporta a droga é alterada para que, assim, a droga não possa entrar na célula;

Membrana proteica, especializada, é activada e bombeia, continuamente, a droga para fora da célula;

Zona de ligação no ribossoma é alterada, para que a droga não tenha efeito;

A droga bloqueia a via metabólica, no entanto o micróbio origina o mesmo produto, usando uma via alternativa.

Metagenómica

Extracção de DNA

genómico

DNA genómico

heterólogo + Vector

de restrição

LigaçãoVector DNA

(E.Coli)Transformação

Análise da função dada

Expressão do gene

heterólogomRNA Transcrição Proteína Secreção

Análise da sequência

dada

Preparação do DNA clonado

Análise da Sequência genómica


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METABOLISMO BACTERIANO

Metabolismo Metabolismo – conjunto total de reacções químicas, que ocorrem na célula. Catabolismo – quebra, de moléculas maiores e mais complexas, em moléculas mais

simples e pequenas. Energia é libertada e alguma é armazenada e disponibilizada para as necessidades do organismo.

Anabolismo – síntese de moléculas complexas, a partir de moléculas mais simples, com o gasto / consumo de energia.

Fontes de Energia:

A maioria dos microrganismos possui uma, de três fontes de energia:

Fototrófico – armazenam energia radiante do sol, usando pigmentos, como a bacterioclorofila e clorofilas;

Quimiotrófico – oxidam reduções de nutrientes, orgânicos e inorgânicos, para libertar e armazenar energia;

Autotrófico – desenvolvem a capacidade de produzir compostos orgânicos, a partir de substâncias minerais, utilizando uma fonte de energia externa.

Mecanismos para a Obtenção de Energia

A energia biológica é armazenada, no organismo, sob a forma de ATP. O ATP é

formado a partir de energia disponibilizada, durante a respiração aeróbia, anaeróbia, fermentação e fotossíntese. A sua redução a ADP e fosfato faz com que sejam possíveis os transportes e trabalhos mecânicos

Mecanismo Vias envolvidas Aceptor final de electrões Produtos Tipo de micróbios

Respiração aeróbia Glicólise, Ciclo TCA, transporte de electrões

Oxigénio ATP, CO2, H2O Aeróbios, anaeróbios facultativos

Metabolismo anaeróbio / fermentação Glicólise Moléculas orgânicas ATP, CO2, etanol, ácido láctico

Anaeróbios facultativos, aerotolerantes, anaeróbios obrigatórios

Respiração Glicólise, Ciclo TCA, Transporte de electrões

Vários iões inorgânicos CO2, ATP, ácidos orgânicos, H2S, CH4, N2

Anaeróbios e alguns anaeróbios facultativos

Respiração aeróbia Fermentação

Glicólise 4 4

Ciclo de Krebs 2 0

Cadeia respiratória de electrões (CTE) 32 / 34 0

Energia de activação para iniciar a degradação da glicose 2 2

Rendimento energético 36 /38 2

Aceptor final de electrões Oxigénio Ácido pirúvico

Subprodutos do processo CO2 e H2O Ácido láctico / Etanol e CO2

FototrofiaClorofila ou

bacterioclorofila

QuimiorganotrofiaComposto orgânico

reduzidoComposto orgânico

oxidadoEnergia química Trabalho

QuimiolitrofiaComposto inorgânico

reduzidoComposto inorgânico

oxidado

Respiração aeróbicaRespiração Anaeróbica

FermentaçãoFotossíntese

ADP + Pi ATPTrabalho químico

Trabalho de transporteTrabalho mecânico


42

Respiração Aeróbica

A glucose é degradada através de um processo gradual, que se inicia com o dióxido de carbono e a água, enquanto simultaneamente se extraí energia, sob a forma de ATP e NADH.

Via envolvida Sumário das substâncias que entram Descrição

Glicólise – ocorre no citoplasma de todas as células

2 ATP 2 NADH

2 ácido pirúvico

Glicólise divide a glicose em 2 fragmentos de 3 carbonos (ácido pirúvico) e produz uma pequena quantidade de ATP. Não necessita de oxigénio.

Ácido Tricarboxílico (TCA) – ocorre no citoplasma de procariotas e nas mitocôndrias dos eucariotas

6CO2 2 ATP

2 FADH2 8NADH

O ciclo dos ácidos tricarboxílicos recebe os 3 carbonos (fragmentos de ácido pirúvico) e processa-os através de reacções redox, que extraem os electrões de hidrogénio. São recebidos via NAD e FAD do transporte de electrões para serem usados na síntese de ATP. O CO2 é um produto importante do ciclo TCA. (Todas as recações devem ser multiplicadas por 2, pois a glucose gera 2 ácidos pirúvicos)

Transportador de electrões – ocorre na membrana celular de procariotas e nas mitocôndrias de eucariotas

34 ATP 6 H2O

O transporte de electrões gera uma grande quantidade de ATP. No metabolismo aeróbio, o oxigénio é o aceptor final de electrões, combinando-se com os iões de hidrogénio para formar água. No metabolismo anaeróbio, o nitrato, o carbonato ou o sulfacto poderão actuar como aceptores finais de electrões.

Glicólise – reacções de decomposição até à formação de piruvato. Este processo

ocorre no citoplasma e engloba:

Fase de activação: a glicose é fosforilada por 2 ATP, formando-se frutose-difosfato. A frutose-difosfato desdobra-se em 2 moléculas de aldeído fosfoglicérico (PGAL);

Fase de rendimento: o PGAL é oxidado, perdendo 2 hidrogénios, os quais são utilizados para reduzir a molécula de NAD+, formando-se NADH + H. Formam-se 4 moléculas de ATP.

Após estas reacções, forma-se ácido pirúvico uma molécula que contém uma elevada quantidade de energia química, e que migra para as mitocôndrias. No final restam: 2 moléculas de NADH, 2 moléculas de ácido pirúvico e 2 moléculas de ATP.

O piruvato é oxidado com a perda do grupo carbonilo, formando-se acetil coenzima A (acetil CoA). A enzima acetil CoA entra num ciclo de reacções, o ciclo do ácido cítrico (ciclo dos ácidos tricarboxílicos / ciclo de Krebs), que ocorre na matriz mitocondrial.

Ciclo de Krebs – conjunto de reacções metabólicas que conduz à oxidação completa da glicose. Ocorre na matriz mitocondrial. Inicia-se com a combinação do grupo acetil da acetil-coezima A com o ácido oxaloacético. Seguem-se:

4 reacções de oxidação-redução. São removidos 8 hidrogénios: 6 vão reduzir 3 moléculas de NAD+, formando-se 3 NADH; e 2 são utilizadas para reduzir o FAD, originando FADH;

2 descarboxilações, que conduzem à libertação de 2 moléculas de CO2;

1 fosforilação, que conduz à formação de 1 molécula de ATP. A reacção de acetil CoA com oxaloacetato inicia o ciclo, produzindo ácido cítrico. Em

cada volta do ciclo são produzidas 2 moléculas de CO2, 3 moléculas de NADH, 1 molécula de GTP (1 ATP) e 1 molécula de FADH2.


43

Reacção Moléculas de CO2 produzidas Moléculas de ATP produzidas Moléculas de NAD+ reduzidas a NADH Moléculas de FAD reduzidas a FADH2

1 molécula de glucose a 2 moléculas de piruvato

0 2 ATP 2 0

2 moléculas de piruvato a 2 moléculas de acetil CoA

2 0 2 0

2 moléculas de acetil CoA a 4 moléculas de CO2

4 2 GTP 6 2

Total 6 4 ATP 10 2

Ocorre cedência dos electrões do NADH e do FADH, a uma cadeia transportadora de

electrões, ordenados de acordo com os seus potenciais redox; produção de ATP, por fosforilação oxidativa; e formação de H2O, por aceitação dos electrões e dos protões, pelo oxigénio (aceptor).

NAD – dinucleotídio de nicotinamida e adenina. Este transportador aceita apenas 1 par de electrões, no entanto a redução a NADH envolve a transferência de 2 electrões simultaneamente, pelo que, na presença de 2 protões (H+), há formação de NADH e de um protão H+, que segue em solução.

NADP tem uma estrutura idêntica ao NAD, excepto na presença de um grupo fosfato adicional (2 grupos fosfato).

FAD – dinucleotídio de flavina e adenina. Este transportador aceita os 2 protões de hidrogénio, formando FADH2 ao ser reduzido.

Existem vários transportadores de electrões:

Citocromos – proteínas com grupo prostético heme. Estes transportadores aceitam electrões devido à presença de ferro no seu interior.

Proteínas de Fe-S – transportadores que transferem, apenas, 1 electrão de cada vez. Apesar de conterem múltiplos átomos de ferro, cada centro ferro-enxofre apenas pode transportar 1 electrão, de cada vez.

Ubiquinona / Coenzima Q – transportador de electrões que, facilmente, se movimenta na membrana citoplasmática, devido à presença de uma cauda hidrofóbica de ligação. Capta 1 protão por cada electrão, que transporta.

Cadeia transportadora de electrões – síntese de ATP por fosforilação oxidativa. Os protões gerem energia por força protomotriz.:

Complexo I – NADH desidrogenase (NADH-CoQ oxidoreductase). É o maior complexo

enzimático respiratório, que aceita electrões do NADH (directamente da matriz) e transfere-os através de uma flavina e vários centros ferro-enxofre para a ubiquinona. Bombeia 4 H+.

Complexo II – succinato desidrogenase (succinato-CoQ reductase). Complexo respiratório mais pequeno, que aceita electrões do succinato (presente no FADH2) e transfere-os através do FAD (3 centros ferro-enxofre) para a ubiquinona / coenzima Q.

Complexo III – citocromo b-c1 (citocromo-c reductase). Dímero com polipeptídios diferentes, onde cada monómero contém 3 hemes e 1 centro ferro-enxofre. Este recebe electrões da ubiquinona e passa-os ao citocromo c. Juntamente com a ubiquinona transporta 4 H+ através da membrana, por cada 2 electrões transportados.

Complexo IV – citocromo oxidase. Dímero com polipeptídios diferentes. Cada monómero contém 2 hemes tipo A e 2 centros de cobre. Recebe electrões do citocromo c e passa 4 electrões, de uma vez, ao O2 , produzindo água. Bombeia 2H+.

Respiração Aeróbica – Vias de Conversão de Glucose a Piruvato

Todas as vias de conversão, de glucose a piruvato, levam à produção de piruvato, mas podem, também, formar outros produtos, que servirão de precursores a outros processos metabólicos.

O2 (aceitador final de electrões com produção de H2O)

Complexo IVCitocromo cComplexo IIIUbiquinona / Coenzima Q

Complexo I

Complexo II


44

Via Embden-Meyerhof – síntese de ATP ao nível do substrato. É o mais comum e designado de glicólise.

Via das pentoses-fosfato – não há síntese de ATP ao nível do substrato, apenas de

moléculas redutoras. Não produz energia, pois o importante nesta via são os produtos intermediários formados, uma vez que são constituídos por números variáveis de átomos de carbono: Transcetolases; Transaldolases.

Via Entner-Doudoroff – exclusivo de alguns grupos de bactérias gram-negativo, que

existem no solo (excepção gram-positivo a Enterococcus). Possui 2 vias de reacção (via das pentoses fosfato e via glicolítica). Forma-se ATP, mas o seu balanço energético é inferior que na via Embden-Meyerhof.


45

Ciclo de Krebs / Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos – “esqueletos” de carbono.

Respiração Aeróbica – Vias Anfibólicas

Vias anfibólicas do ciclo de Krebs – vias metabólicas que podem actuar numa reacção catabólica ou anabólica, ou seja, são reacções que utilizam como precursor vários intermédios do ciclo de Krebs, ou seja, certas substâncias que se formam no ciclo de Krebs, servem de iniciadores a outras reacções metabólicas da célula.

A célula não pode gastar todas essas substâncias nas vias anfibólicas, pois necessita de assegurar a continuidade e sucesso da cadeia respiratória, logo existem processos que repõem esses diferentes intermediários.

Reacções anapleróticas – reacções que repõem as substâncias intermédias do ciclo de Krebs, que são utilizados em vias anfibólias.

Vias anfibólicas de metabolismo (exemplo):

Respiração Aeróbica – Biossíntese de Aminoácidos

Vias para a metionina, treonina, isoleucina e lisina. Muitas destas conversões requerem a participação de várias enzimas.

2C (moléculas de acetil

coenzima A) combinam-se

com ácido oxaloacético,

formando citrato (6C)

Citrato muda o arranjo dos átomos, para formar ácido

isocítrico

Ácido isocítrico é convertido em ácido α-

Cetoglutárico (5C), que se

liga ao NADH e ao CO2

Ácido α-cetoglutárico

perde o segundo CO2

e forma outro NADH+ + Sucinil

coenzima A

Sucinil coenzima A é

convertida em ácido sucínico

e forma coenzima A,

esta transformação liberta energia,

que é capturada sob

a forma do ATP

Ácido sucínico perde 2H+ e

2e-. transformando

-se em ácido fumárico e formando

FADH2

Ácido fumárico

reage com a água para

formar ácido málico

Um NADH adicional é formado quando o

ácido málico é convertido

em ácido ocaloacético, cujo produto

final, que entra no ciclo novamente, reage com a

acetil coenzima A

Cromossomas Ácidos nucléicos Nucleótidios

Membranas enzimáticas Proteínas Aminoácidos Desaminação NH3

Armazenamento na parede celular

Amido / Celulose

Carbohidratos Glucose Glicólise Ácido PirúvicoAcetil

coenzima ACiclo TCA

H2O

CO2

Armazenamento nas membranas Lípidos / Gordura Ácidos Gordos Oxidação beta

Oxaloacetato AspartatoAspartato β-semialdeído

HomoserinaMetionina

Treonina IsoleucinaLisina


46

Síntese de aminoácidos aromáticos – fenilalanina, tirosina e triptofano, que possuem mais que uma reacção enzimática.

Reacções de aminação – adição de moléculas de amónio (grupo amina), onde um

carbohidrato pode ser convertido em aminoácido.

Reacções de transaminação – transferência de um grupo amina, de um aminoácido

para um fragmento de hidrato de carbono, fazendo com que intermediários metabólicos possam ser convertidos em aminoácidos, de baixa necessidade.

Reacção de desaminação – remoção de um grupo amina, onde um aminoácido pode

ser convertido num intermediário útil ao catabolismo de hidratos de carbono. É a forma que as proteínas são usadas para derivar energia. Amónia é um produto de excreção.

Fermentação Fermentação – oxidação incompleta da glucose ou outro hidrato de carbono na

ausência de oxigénio, ou seja, é a degradação anaeróbica da glucose.

Alcoólica – o ácido pirúvico, resultante da glicólise, é descarboxilado, originando aldeído acético. Este composto é reduzido pelo NADH, formando-se etanol. Assim, a degradação da glucose origina etanol;

Láctea – o ácido pirúvico, resultante da glicólise, é reduzido pelo NADH, originando ácido láctico. Assim, a degradação da glucose origina ácido láctico.

Fermentação do piruvato – dá origem a uma grande variedade de substâncias. Processos quimiotróficos:

Fosfoenolpiruvato + Eritrose-4-fosfato

Siquimato Corismato

Prefenato

Fenilalanina

Tirosina

Antranilato triptofano

Ácido pirúvico + NH4- NADH β-alanina + H2O

Ácido aspártico + Ácido α-cetoglutárico (5C)

Ácido Glutámico + Ácido oxaloacético (4C)

Ácido glutâmico NAD + H2O Ácido α-cetoglutárico + NH4-

Dador orgânico de e-

Aceptor de elctrões orgânico e endógeno

O2 (respiração aeróbica)

NO3-, SO4

2-, CO2, fumarato (respiração

anaeróbica)

Dador inorgânico de e-

O2, So42-, NO3

- (quimiolitotrófico)

Piruvato

Etanol

Ácido Acético

Ácido fórmico

CO2 + H2

Ácido lácticoAcetil coenzima

A

Ácido acético

Acetilmetilcarbinol

2,3 butanediol

Ácido oxaloacético

Ácido sucínico

Ácido propiónico

Ácido acetoacético

Ácido butírico


47

Fermentação ácido mista – produz uma combinação de ácido acético, láctico, sucínico e fórmicos, tendo um pH de médio a 4,0.

Fermentação alcoólica e acídica – extremamente variável. Em ambos os casos, o aceptor final de electrões é um composto orgânico. Ambos os sistemas regeneram NAD, como feedback na glicólise e outros ciclos:

Ácido pirúvico é descarboxilado a acetaldeído e o NADH reduz acetaldeído a ácoól etílico;

Láctica – ácido pirúvico reduzido pelo NADH a ácido láctico. Fermentação acídica:

Fermentação homoláctica – o único composto que se forma é o ácido láctico;

Fermentação heteroláctica – fermentação mista, que vai para além do ácido láctico como único produto principal.

A colonização de ambientes anaeróbios (rumen) deve-se, então, à fermentação e sua eficiência energética.

Reacção de Stickland – o primeiro aminoácido é oxidado e o segundo actua como aceptor de electrões. É favorável ao crescimento de bactérias, em meios ricos em proteínas.

Respiração Anaeróbia O aceptor final de electrões são o NO3

-, o SO42- e outros electrões aceptores orgânicos.

Respiração aeróbica:

Respiração anaeróbica:

Redução Desassimilatória do Nitrato

Nutrição e NO3- – algumas bactérias usam o nitrato como aceptor de electrões, no fim

da sua cadeia transportadora, e ainda produz ATP. Este processo designa-se por redução desassimilatória do nitrato. Nitrato pode ser reduzido a nitrito pela nitrato reductase, que substitui o citocromo oxidase:

.

Toxicidade do NO2- – o nitrito formado é, também, tóxico. O nitrato é reduzido a gás

azoto, pelo processo de desnitrificação. Cada nitrato aceitará 5 electrões.

Composto orgânico

CO2 Biossíntese (fluxo de carbono) O2 (fluxo de electrões)

ATP (força de protões)

Composto orgânico

CO2Biossíntese (fluxo de

carbono)Aceptor de electrões orgânicos (fluxo de

electrões)SO4

2- (fluxo de electrões) NO3- (fluxo de electrões)

ATP (força de protões)


48

Desnitrificação – processo com várias etapas e com a participação de 4 enzimas: nitrato redutase, nitrito reductase, óxido nítrico reductase e óxido nitroso reductase

).

Assim, o nitrato é reduzido a nitrito (composto tóxico que tem de ser removido da célula), logo há uma desnitrificação, do nitrato até azoto atmosférico. Tal não é benéfico, e por isso apenas acontece quando o nitrato é o aceptor final de electrões, na ausência de oxigénio (condições anaeróbias).

Via assimilatória do nitrato – plantas, fungos, bactéria:

Via desassimilatória do nitrato – apenas bactérias:

Respiração de nitrato – bactérias desnitrificantes, consideradas anaeróbios

facultativos, como alternativa à respiração aeróbia. Este processo, num solo anaeróbio, resulta na perda do azoto, do solo, e na sua fertilidade.

Respiração de carbonato – bactérias metanogénicas, que usam o dióxido de carbono e o carbonato como aceptor de electrões terminal, pois reduzem o dióxido de carbono a metano

Respiração de sulfato (Desulfovibrio) – sulfato actua como aceptor final, nesta bactéria.

Há a redução a sulfito e 8 electrões são aceites: .

Obtenção de Energia

Classificação de organismos, em termos de energia:

Obtenção de energia:

Respiração aeróbia:

Respiração anaeróbia:

Metabolismo quimiolitotrófico:

Metabolismo fototrófico:

Nitrato (NO3-)

Nitrato redutase

assimilativaRepressor

NH3-

Nitrito (NO2-)

Nitrato redutase

assimilativaRepressor

NH3-

Hidroxilamina (NH2OH)

Amónia (NH3)Azoto

orgânico (R-NH2)

Nitrato (NO3-)

Nitrato redutase dissimilativa

Derrepressor anóxiaNitrito (NO2

-)Amónia (NH3)

Redução dissimilativa da amónia


Derrepressor anóxia. . .

. . .Óxido nítrico (para

a atmosfera)


Derrepressor anóxia

Óxido nitroso (N2O) (para a atmosfera)


Derrepressor anóxiaInibidores acetilenos

Nitrogénio (N2) (para a atmosfera)

Todos os organismos

Quimiotróficos (usa compostos químicos como fonte primária de energia)

Quimiolitotróficos (usa químicos inorgânicos)

Quimioorganotróficos (usa químicos orgânicos)

Fototrófico (usa luz como fonte primária de energia)

Compostos inorgânicos O2 (fluxo de electrões) ATP (força de protões)

CO2 Biossíntese (fluxo de carbono)

CO2 Biossíntese (fluxo de carbono)

Luz Fluxo de electrões Força do protão ATP


49

Metabolismo Quimiolitotrófico Bactérias representativas – metabolismo quimiolitotrófico:

Bactéria Dador de electrões Aceptor de electrões Produtos

Alcaligenes, Hydrogenophaga e Pseudomonas sp. H2 O2 H2O

Nitrobacter NO2- O2 NO3

-, H2O

Nitrosomonas NH4+ O2 NO2

-, H2O

Thiobacillus denitrificans S0, H2S NO3

- SO4

2-, N2

Thiobacillus ferroxidans Fe2+

, S0, H2S O2 Fe

3+, H2O, H2SO4

Balanços energéticos:

;

;

;

;

;

.

Thiobacillus ferrooxidans – bactéria quimiolitotrófica, cuja energia deriva da oxidação do ião ferro, a ião férrico, e do ião sulfito, a ião sulfato. A combinação destas 2 fontes de energia é importante, devido às propriedades de solubilidade do ferro

(

).

Sistemas Fotossintéticos

Diversidade de organismos fotossintéticos:

Organismos eucariotas – plantas superiores, algas multicelulares verdes, castanhas e vermelhas e algas unicelulares;

Organismos procariotas – cianobactérias, bactérias verdes sulfúricas, bactérias verdes não-sulfúricas, bactérias púrpuras sulfúricas e não-sulfúricas.

Propriedades dos sistemas fotossintéticos microbianos:

Propriedade Eucariotas Cianobactéria Bactérias verdes e púrpuras

Pigmentos fotossintéticos Clorofila a Clorofila a Bacterioclorofila

Fotossistema II Presente Presente Ausente

Dador de electrões fotossintéticos H2O H2O H2, H2S, S, matéria orgânica

Produção de O2 Oxigénica Oxigénico Anoxigénico

Energia de produtos primários ATP + NADPH ATP + NADPH ATP

Fonte de carbono CO2 CO2 Orgânico / CO2

Estrutura das clorofilas – apenas um grupo é laterado para produzir clorofila b. É necessário existirem, na clorofila, duas modificações no sistema em anel, para formar bacterioclorofila a.

Equação geral: .

Bactérias fotossintéticas: .

Na equação não aparecem as moléculas de NADPH e ATP, que também são produtos, pois estes estão constantemente a ser sintetizados e degradados.

As cianobactérias têm um processo fotossintético muito semelhante ao das plantas superiores, ou seja, o dador de electrões é a água e o produto final é oxigénio.

Reacções de luz – à custa de fotões de luz, a água é degradada, libertando-se oxigénio. Passam por uma série de reacções, que originam NADPH e ATP. Ocorre ao nível dos tilacóides, e constitui a fase dependente da luz (plastoquinona, ferrodoxina);

Reacções de assimilação do carbono – o CO2 é utilizado para a produção de hidratos de carbono.

Luz Reacções de Luz Reacções de Assimilação de carbono

Hidrato de Carbono


50

Reacção de Hill: . O trabalho de

Hill foi completado por Ochoa, que verificou o O2 como sendo um produto:

.

Os pigmentos fotossintéticos (clorofila, ficobilinas, carotenos, luteína) estão organizados em fotossistemas, localizados nas membranas dos tilacóides, nos cloroplastos.

Fotossistema – centro de reacção constituído por um complexo de antenas, onde se encontram pigmentos fotossintéticos que absorvem a luz e a transmitem a um par especial de clorofilas (centro de reacção do fotossistema). Cada fotossistema é constituído por um conjunto de pigmentos antena e um centro de reacção (par de moléculas clorofila a).

Complexo antena – colector de energia luminosa, na forma de electrões excitados. Esta energia é transmitida para um par especial de moléculas de clorofila II (PSI, P700, e PSII, P680), no centro de reacção fotoquímico. É produzido um electrão de alta energia que pode ser passado, rapidamente, para a cadeia transportadora de electrões, na membrana tilacoidal.

Quando um fotão atinge um átomo, um dos electrões salta para um nível de energia superior, ficando num estado excitado. Os electrões excitados podem regressar ao nível energético inicial (estado fundamental), libertando a energia sob a forma de calor ou de luz.

Os pigmentos passam entre si a energia do fotão até chegar ao par do centro, levando a que um dos fotões da clorofila seja excitado e ejectado para fora deste fotossistema.

Os electrões excitados podem ser cedidos a outras moléculas vizinhas (aceptores), conduzindo a uma reacção fotoquímica na qual a molécula que perde os electrões fica oxidada e a aceptora fica reduzida (reacção oxidação-redução).

Após a excitação do fotão o centro fica, momentaneamente, com carga positiva, de forma a ter capacidade para aceitar outro electrão (carga negativa). Sistemas Fotossintéticos – Fluxo Linear (Não Cíclico) de Electrões, na Cadeia Fotossintética

Inicia-se no fotossistema II (P680). Há perda de electrões, logo serão repostos para que se consiga manter a fotossíntese. Ora, perto dos tilacóides existe um complexo, que envolve a produção de O2, pois promove a fotólise / degradação da água. Liberta-se oxigénio, protões e electrões, que serão cedidos ao P680, fazendo com que o ciclo se mantenha.

A energia luminosa é captada pelos pigmentos fotossintéticos, sendo transferida para a clorofila a, dos centros de reacção. Os electrões são transferidos para uma molécula aceptora, ficando a clorofila a oxidada e a molécula aceptora reduzida. Os electrões captados são transferidos ao longo de uma cadeia transportadora de electrões, até serem captados pelo NADP+, provocando a sua redução a NADPH.

Os electrões captados vão percorrer uma cadeia transportadora de electrões, ao longo da qual o nível de energia vai diminuindo, sendo captados pela clorofila a do fotossistema I, que readquire os electrões perdidos, devido à excitação pela luz.

Ao longo da cadeia transportadora de electrões, verificam-se reacções de oxidação-redução, que conduzem à libertação de energia, utilizada para a fosforilação do ADP, formando-se ATP: .

Clorofila a do fotossistema II, que ficou oxidada, readquire os seus electrões através da fotólise da água: .

Fotofosforilação – presença de ATP sintase para a fosforilação. Esta ATPase é idêntica à

das mitocôndrias, no entanto o processo de fosforilação do ADP (ADP + Pi = ATP) é feito na presença de luz (Fotofosforilação) e não recorre a O2.

Fosforilação da água (e-)

Excitação pela luz no P680

e- no estado excitado

PlastoquinonaComplexo (criação de um gradiente de

protões)Plastocianina . . .

. . .P700 (excitação

pela luz)e- no estado

excitadoFiloquinona

NADP+

oxidorreductaseNADP+ NADPH


51

Sistemas Fotossintéticos – Fluxo Cíclico de Electrões, na Cadeia Fotossintética Forma glicose, rapidamente, pois produz mais ATP, por unidade de segundo. Os pigmentos do fotossistema I captam a energia luminosa, que é transferida para a

clorofila a, do centro de reacção. Quando excitada, transfere os seus electrões para um aceptor. Os electrões percorrem uma cadeia transportadora, ocorrendo um conjunto de reacções de oxidação-redução, que conduzem à libertação de energia, para formar ATP.

No final da cadeia, os electrões voltam ao centro de reacção do fotossistema I, sendo assim um fluxo cíclico de electrões.

Sistemas Fotossintéticos – Ciclo Fotossintético de Fixação do Carbono / Ciclo de Calvin

O Ciclo de Calvin apresenta 3 fases: fixação do CO2; produção de compostos orgânicos; regeneração da ribulose difosfato. É uma fase que não depende da luz.

3 moléculas de CO2 vão combinar com 3 moléculas de ribulose 1,5-difosfato, originando 6 moléculas de 3-fosfoglicerato + 3 carbonos (para ser mais estável).

Este fosfoglicerado vai ser fosforilado, ou seja, usam-se 6 moléculas de ATP, que cedem 1 fosfato ao fosfoglicerato, originando 6 moléculas de ADP e 6 moléculas de 1,3 difosfoglicerato + 3 carbonos.

Com o uso de NADPH, a 1,3 difosfoglicerato, será desfosforilada (NADPH → NADP+ + H+) formando-se 6 moléculas de glicerato 3-fosfato + 3 carbono. Esta triose seguirá 2 trajectos.

A enzima que origina o ciclo de Calvin designa-se rubisco (ribulose 1,5 difosfato carboxilase / oxigenase). A reacção, na qual o dióxido de carbono é convertido num carbono orgânico, é catalisada no estroma devido à abundância da enzima rubisco.

Primeiro trajecto da triose – irá para o citosol, de modo a produzir sacarose. Esta passagem da triose implica a presença, ao nível do citoplasma, de um fosfato inorgânico e de uma proteína de antiporte, na membrana do cloroplasto. O que determina a separação entre a síntese de amido e de sacarose é a concentração deste fosfato inorgânico:

Concentração elevada – passa para o citoplasma e produz-se sacarose;

Concentração baixa – mantém-se no estroma e produz-se amido. Segundo trajecto da triose – continua o ciclo de Calvin, de modo a ser mantido,

formando-se, de novo, 3 moléculas de ribulose 1,5 difosfato (rubisco).


52

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Ciclos Biogeoquímicos Ciclo biogeoquímico – fluxo cíclo de elementos, ou compostos químicos, catalizados

por agentes bióticos e abióticos da biosfera. Principais formas químicas do carbono, azoto, enxofre e ferro:

Ciclo Componente gasoso

significante

Formas maioritárias Formas oxidizadas

Formas reduzidas Formas de estados oxidativos intermédios

C Sim Metano (CH4) Monóxido de carbono (CO) CO2

N Sim Amónia (NH4+, N

orgânico) Gás azoto (N2) Óxido nitroso (N2O) Nitrito (NO2

-) Nitrato (NO3

-)

S Sim Sulfido de hidrogénio

(H2S, grupos SH, matéria orgânica)

Elemento de enxofre (S0) Tiosulfato (S2O3

2-) Sulfito (SO3

2) Sulfato (SO4

2-)

Fe Não Ião ferroso (Fe2+

) Ião férrico (Fe3+

)

Importantes substratos orgânicos na biosfera:

Substrato Unidade básica Ligações (se crítico) Elementos presentes Degradação

C H O N P Com O2 Sem O2

Amido Glucose α (1→4), α (1→6) + + + - - + +

Celulose Glucose β (1→4) + + + - - + +

Hemicelulose Monossacarídios C6 e C5 β (1→4), β (1→3), β (1→6) + + + - - + +

Lignin Fenilpropeno Ligações C-C, C-O + + + - - + -

Chitin N-acetilglucosamina β (1→4) + + + + - + +

Proteína Aminoácidos Ligações peptídicas + + + + - + +

Hidrocarbono Alifático, cíclico, aromática – + + - - - + +/-

Lípidos Glicerol, ácidos gordos, alguns têm fosfato e azoto

Ésteres, éteres + + + + + + +

Biomassa microbiana – Variedade + + + + + + +

Ácidos nucléicos Bases purinas e pirimídicas, açúcares, fosfato

Ligações fosfodiésteres e N-glicosídicas + + + + + + +

Ciclo Biogeoquímico do Oxigénio

Fotossíntese: . Respiração: .

Ciclo Biogeoquímico do Azoto Os eucariontes e fungos necessitam do azoto orgânico, no entanto as plantas

necessitam de nitrato. O azoto é o constituinte das proteínas, DNA, RNA e clorofilas. O azoto atmosférico

constitui cerca de 80% da atmosfera terrestre. O NH4+ (amónia) e NO3 (nitrato) são as formas

absorvidas pelas plantas.

Plantas, algas e

algumas bactérias

Açúcares e outras

moléculas orgânicas

Maioria dos

organismos vivos

Energia da luz solar Ligações químicas

energéticas úteis

H2O

O2 CO2 CO2 O2

H2O


53

Nitrificação – redução do nitrito a nitrato. Nitrogenase – ocorre apenas em procariontes. Processo capaz de converter o azoto (N2

– molécula com 3 ligações altamente estável) em amónia. Necessita de grandes quantidades de energia para ocorrer, mas é favorável / compensa, por ser uma molécula muito importante. É um processo inibido pelo oxigénio, por isso só actua em condições de anaerobiose (sem oxigénio): .

Reacção anammox (“Anaerobic Ammonium Oxidation”) – ciclo do azoto simplificado. Fluxo que ocorre, predominantemente, sob condições óxidas e anóxidas.

Fixadores de azoto atmosférico (N2):

“free-living” : aeróbios ; anaeróbios

Simbióticos : o Rizóbios (Frankia) – nódulos (estruturas análogas às raízes) radiculares. o Cianobactéria, raízes coralóides.

Ciclo Biogeoquímico do Carbono

O ciclo do carbono é costituído por 2 processos essenciais: respiração e fermentação. A fixação de carbono pode ocorrer através da actividade fotoautotrófica e

quimioautotrófica. Metano pode ser produzido através de substratos inorgânicos ou a partir de matéria orgânica. Monóxido de carbono regressa ao ciclo, através da oxidação bacteriana.

Ciclo Biogeoquímico do Fósforo O fósforo entra no solo e água através das rochas, fertilizantes com fósforo e resíduos

da superfície de degradação das plantas.

Amónia

Nitrificação Nitrito Nitrato

Fixação do azoto Azoto molecular Óxido nitroso NO NO2- NO3

-

Amonificação Azoto orgânicoRedução assimilatória

do azoto


54

Plantas e micróbios convertem, rapidamente, fósforo inorgânico à sua forma orgânica, causando imobilização. No entanto, muito do fósforo no solo pode atingir várias distâncias ou formar complexos com catiões para constituir compostos, relativamente, insolúveis.

O fósforo é o constituinte de proteínas, DNA, RNA e ATP. O fosfato (PO4) constitui a sua forma solúvel.

Ciclo Biogeoquímico do Enxofre Microrganismos fotossintéticos e quimiossintéticos contribuem para o ciclo ambiental

do enxofre. Reduções do sulfato e sulfito são processos dessimilatórios. Redução do sulfato

também pode ocorrer em reacções assimilatórias, resultando em formas de enxofre orgânico. Oxidações do enxofre podem ser feitas por uma variedade de quimiotróficos aeróbios

e fototróficos aeróbios e anaeróbios. O enxofre é um componente de proteínas (incorporado em aminoácidos como a

cisteína). O H2S e o vapor de água formam H2SO4 , que origina a chuva ácida.

Ciclo Biogeoquímico do Ferro Diferentes grupos microbianos realizam a oxidação do ião ferroso, dependendo das

condições ambientais em que habitam. A oxidação do ião férrico, e a redução do ião ferroso, é importante para este ciclo, que

necessita da presença do complexo nitrogenase redutase.


55

MECANISMOS DE VARIAÇÃO GENÉTICA

Tipos de Mutações A variação, da constituição dos cromossomas, é essencial para a evolução,

variabilidade dos organismos e capacidade para encontrar soluções para certas desvantagens. Microlesões – mutações pontuais. Macrolesões – mutações num número considerável de pares de bases ou em

cromossomas inteiros: inserções, delecções, inversões, duplicações, translocações. Mutações espontâneas – ocorrem durante a replicação:

Hipótese das mutações adaptativas / direccionadas – quando uma cultura, que não cresce num composto, é inserida numa outra cultura, formada pelo conjunto desse mesmo composto e outro, do qual a bactéria necessita para crescer. Com o passar do tempo, existem bactérias que o passam a englobar;

Hipótese da hipermutação – quando encontram condições desfavoráveis, os genes mutagénicos vão promover uma maior taxa de mutação. Revertendo ao fenótipo selvagem (num curto espaço de tempo ocorrem muitas mutações).

Mutações induzidas – ocorrem na presença de um agente mutagénico (físico ou químico), que induz a mutação.

Agentes mutagénicos químicos: análogos de bases, modificações químicas, agentes intercalares (3,6-dimetilaminoacridina);

Agentes mutagénicos físicos – utilizados como estratégia para controlar o crescimento bacteriano. A sua exposição prolongada pode ter consequências graves na cultura.

Mutações reversivas – quando ocorrem, anulam uma mutação ocorrida anteriormente, ou seja, é a regressão à estirpe selvagem.

Mutações supressoras – ocorrem em locais diferentes, ou seja, a segunda mutação ocorre num local diferente da primeira mutação, mas consegue suprimir a mutação anterior:

Intragénicas – ocorrem em locais diferentes, mas no mesmo gene;

Extragénicas – ocorrem em locais e genes diferentes. Mutações morfológicas e bioquímicas – mutantes auxotróficos. Mutações letais – induzem a morte da célula:

Mutações condicionais – dependentes das condições que regulam a expressão da região mutada, ou seja, a mutação está dependente das condições que regulam a expressão da região em causa. Se estas forem desfavoráveis, o gene é letal, mas se forem favoráveis, o gene é inócuo.

Mutações silenciosas – ocorrem numa região que não codifica uma proteína. Pode ser numa zona que controla a expressão proteica, de outro local.

Mutações sinónimas – ocorrem mas não têm implicações na proteína formada, ou seja, a mutação codifica o mesmo aminoácido (numa zona codificante).

Mutações neutras – aminoácido diferente, mas quimicamente semelhante, ou seja, mutação que leva à alteração de um determinado aminoácido por outro, quimicamente, semelhante (apolar ou hidrofóbico, nos dois casos, por exemplo). Assim, há alteração no perfil (aminoácido diferentes), mas, quimicamente, são semelhante, logo não têm implicações.

Mutações não sinónimas – levam à formação de aminoácidos quimicamente diferentes o que altera a totalidade da expressão proteica (forma uma proteína diferente ou inactiva).

Mutações sem sentido – mutações que levam à interrupção da transcrição (formam codões STOP, UAG, UGA, UAA ou sem sentido). Podem não ter significados a nível funcional, mas faz com que a transcrição acabe antes do que era previsto,o que pode não ser grave.

Mutações por mudança da matriz (indels) – o segundo nucleotídio passa a primeiro. Isto altera toda a sequência, quando os nucleotídios afectados são em número diferente de 3, ou seu múltiplo.

DIMENSÃO

GÉNESE

REGRESSÃO

FENÓTIPO

TIPOS

FUNCIONAIS


56

Teste de Ames Utilizado em microrganismos que possuem membranas citoplasmáticas muito

permeáveis, logo não constituem uma barreira física que impeça a entrada desses agentes, no seu interior. Permitindo, então, identificar muitos dos agentes mutagénicos existentes.

Existem determinados compostos que só possuem actividade mutagénica / toxicidade, após a sua passagem pelo fígado, assim de forma a ser averiguado se esses agentes são desse tipo, para além do teste normal, faz-se um onde se adiciona extrato de fígado.

Transferência de Genes

Transferência vertical de genes (VGT) – a mutação ocorre numa célula onde não tem efeito. Na sua passagem à descendência, adquire consequências podendo ser letal.

Transferência horizontal / lateral de genes (HGT) – conjugação, transformação e transducção originam um elemento exógeno, que é englobado / incorporado na célula (merozigoto – célula que encorporou um elemento extracromossomal). Ao entrar na célula podem ocorrer 4 fenómenos:

Integração do elemento extracromossomal no próprio genoma da bactéria;

Clone diplóide parcial – os 2 genomas estão, parcialmente, funcionais no clone

Célula diplóide parcial–os 2 genomas estão, parcialmente, funcionais na célula

Restrição do hospedeiro – o genoma exógeno fica fragmentado, na célula hospedeira.

Transferência lateral de genes:

Modo Factores envolvidos Directo / Indirecto Exemplos de genes transferidos

Conjugação

Célula dadora com pilus Plasmídeo de fertilidade, no dador Dador e recipiente vivos Forma-se uma ponte entre as células, para se transferir o DNA

Directo (dador e recipiente estão em contacto, durante a troca)

Resistência a fármacos e metais, produção de toxinas, enzimas, moléculas aderentes, degradação de substância tóxicas, absorção de ferro

Transformação DNA dador livre (fragmento) Célula recipiente, competente, viva

Indirecto (dador e recipiente não estão em contacto, durante a troca)

Cápsula de polissacarídios, diversos exemplos consoante a técnica de clonagem

Transducção Dador é uma célula bacterial em lise Bacteriófago defectivo carrega o DNA, do dador Célula recipiente é da mesma espécie que o dador

Indirecto (dador e recipiente não estão em contacto, durante a troca)

Toxinas, enzimas para a fermentação do açúcar, resistência a fármacos

Recombinação

Recombinação homóloga – a integração só é processada quando o elemento extracromossomal tem homologia / similaridade com certas regiões, da célula hospedeira.

Recombinação não recíproca – a homologia ocorre apenas entre uma cadeia de DNA.

Cultura de Salmonella histidina auxotróficos (maior permeabilidade da parede celular e

deficientes para a reparação do DNA)

Cultura em placas - meio mínimo + pequena quantidade de histidina

Revertentes espontâneos

Cultura em placas - meio mínimo com teste mutagénio e uma pequena quantidade de

histidinaRevertentes induzidos pelo mutagéneo

Teste com extracto de fígado / aflatoxinas

Exogenótipo + EndogenótipoConjugação

TransformaçãoTransducção

Merozigoto

Exogenótipo integrado

Clone diplóide parcial

Célula diplóide parcial

Restrição do hospedeiro


57

Recombinação sítio-específica – é mediada por bacteriófagos. Reconhece zonas

específicas do cromossoma, onde vai ser integrado. Transposição – único mecanismo de integração do elemento extracromossomal onde

não é necessário existir homologia entre esse elemento e os elementos cromossomais.

Transposição Transposões (Tn) – elementos genéticos móveis. São móveis e podem “saltar”entre

zonas do mesmo cromossoma, entre plasmídeos e cromossoma ou vice-versa, deixando, ou não, uma cópia para trás.

Sequências de inserção (IS) – transposões mais simples. Caracterizados por terem

apenas 1 gene, que codifica uma enzima (transposase) capaz de abrir a cadeia de DNA e englobar a nova sequência. Cada sequência de inserção tem o “inverted repeat” específico (motivos repetitivos directos que pertencem ao cromossoma, e não ao transposão). O que varia, nestas sequências, são os motivos de repetição directa (sequências iguais mas orientadas para locais opostos).

Os transposões possuem mais pares de bases que as sequências de inserção.

Quando os transposões “saltam”, existem genes que ficam aprisionados entre as 2

sequências que delimitam o transposão (transposão composto). Quando voltam a saltar, esses genesa prisionados, também acompanham esse movimento. Este fenómeno corta e passa as sequências, podendo deixar, no seu local anterior, uma cópia.

Transposição simples:

Transposição replicativa – inclui o gene resolvase:

Associação de segmentos homólogos

Separação de cadeias e

formação de pares

Endonuclease liga-se à cadeia

do dador

Endonuclease liga-se à cadeia

hospedeira

Lacunas, na cadeia, são

preenchidas e ligadas

Transposão + Plasmídeo recebido de outra célula

Transposão inserido no cromossoma

Transposão move-se de local para local, no

cromossoma

Transposão removido e inserido num plasmídeo

Plasmídeo com o transposão é transferido

para outra célula

Transposão insere-se nas cadeias do cromossoma,

da célula hospedeira

Transposão cromossomal regular salta para

diferentes locais do cromossoma ou para

plasmídeos

Replicação do transposão

Inserção em outros locais do cromossoma ou em

plasmídeos que vão infectar outras células

TE (de algumas centenas a vários milhares de pares

de base)

Transposase reconhece as repetições invertidas e quebra, em ambas as

extremidades do elemento transposável, libertando-o

do local original

Transposase carrega a TE para o novo

local, quebrando a cadeia de DNA

respectiva

DNA de reparação sintetiza a sua

reparação

Cadeia de DNA com o elemento

transposável, entre repetições directas

Plasmídeo, com o elemento transposável, e o DNA alvo,

com a sequência alvo

Transposase quebra ,nas extremidades da sequência

alvo, e as cadeias são mudadas e ligadas, formando um

cointegrado

Os intervalos são preenchidos com DNA polimerase e ligados

através da DNA ligase

Resolvase cataliza recombinações entre os dois

elementos, o que faz com que se formem 2 estruturas

separadas, cada um com uma cópia do elemento

transposável


58

Conjugação Conjugação – transferência horizontal de genes, mediada por plasmídeos conjugais.

Está dependente do tipo de plasmídeos. Conjugação física:

Epissomas – plasmídeos com capacidade para serem englobados, no cromossoma. F plasmide (fertiliti plasmide) – tranferência do factor F:

HFR (high frequence recombination) – passagem de todo o cromossoma (com o factor

F). Por vezes, não existe tempo suficiente de contacto para que, todos os genes, consigam ser transferidos, pois a ponte entre as 2 células parte-se, ficando a célula F- com a mesma constituição inicial (só apenas com alguns genes HFR, mas que não são suficientes para se converter numa dessas células):

Tranferência de alta frequência (Hfr) envolve a transmissão dos genes cromossomais,

de uma célula dadora para uma célula recipiente. O cromossoma dador é duplicado e transmitido, em parte, para a célula recipiente, onde é integrado no seu cromossoma.

Sistema de secreção Tipo IV – ocorre em bactérias gram-negativas. Experiências de Frederick Griffith – existia alguma coisa que era tranferida, das células

mortas para as vivas, fazendo com que estas resistissem aos macrófagos. Essencialmente, esta experiência provou que a libertação de DNA, de uma célula morta, pode ser requerida por uma célula viva. A célula que recebe este novo DNA é geneticamente transformada, neste caso, de uma estirpe não virulenta para uma virulenta.

Colónia de bactérias “lisas”, devido à presença de cápsula (presença da cadeia S) → injecção num rato → rato morre;

Colónia de bactérias “rugosas”, devido à ausência de cápsula (presença da cadeia R) → injecção num rato → rato sobrevive;

Colónia de bactérias com cadeia S, mortas por acção do calor → injecção no rato → Rato sobrevive;

Colónia de bactérias com cadeia S, mortas por acção do calor + Colónia de bactérias com cadeia R → injecção no rato → Rato morre (rato possui Bactérias de cadeia S e R).

O pilus da célula dadora fixa-se no receptor na célula recipiente e retrai para que as duas células permaneçam juntas

Uma abertura ou poro entre as duas paredes celulares, cria uma ponte (de conjugação) para

transmitir o material genético

Forma-se uma ponte de conjugação entre a

célula F+ (dadora, tendo o plasmídeo o factor F) e a célula F- (recipiente)

Factor F da célula F+ é copiado

Factor F copiado passa através da ponte de conjugação, para a

célula F-

Tranferência apenas do factor F ou do plasmídeo

conjugativo

Célula F-, por ter recebido o factor F,

torna-se numa célula F+

Célula dadora (célula Hfr) possui

o factor F integrado no cromossoma

A célula Hfr liga-se à célula recipiente

através do pilus

Cópia parcial do cromossoma dador

Ponte quebradaDonação de genes

incompleta e interrompida

Célula recipiente com parte do

cromossoma da célula dadora (que pode englobar o

gene Hfr, o factor F ou ambos)


59

Transformação Transformação – aquisição de DNA que pode ser, ou não, através de um plasmídeo.

Tranformação com fragmentos de DNA:

Transformação com um plasmídeo:

Estado de competência – induzido quando uma célula é levada a sintetizar proteínas

necessárias, para englobar fragmentos lineares ou circulares. Ou seja, é uma célula capaz de englobar uma molécula de DNA e ser transformada. Estas proteínas específicas podem ser incluidas na ligação de proteínas no DNA e provocar a autólise da parede celular.

Electroporação

Electroporação – transferência por meios físicos. Pequenos poros são produzidos nas membranas citoplasmáticas, das células expostas

a campos de pulsos eléctricos. Quando a moléculas de DNA está presente fora da célula, durante o pulso eléctrico, elas podem entrar através desses poros.

Electroporação requer um poder sufisticado porque o pulso tem de ser, cuidadosamente, controlado e durar apenas milisegundos.

Esta técnica foi usada para transportar DNA, num grande número de diferentes espécies de procariotas, archaea e bacteria.

Para além disso, a electroporação permite a transferência de plasmídeos, directamente de uma célula para outra, se as duas estiverem presentes aquando a electroporação, assim, permite que pequenas moléculas de DNA saiam das células e sejam capazes de entrar.

Este tipo de transformação elimina os passos necessários para isolar o plasmídeo da primeira cadeia, antes de ser introduzido na segunda.

Transdução

Transdução – transferência lateral, mediada por vírus. Necessitam de hospedeiros para se reproduzirem.

Ciclo lítico (fagos virulentos) – o fago entra na célula e utiliza o seu metabolismo para produzir outros fagos que, quando são libertados, vão infectar outras células.

Ciclo lisogénico (fagos temperados) – o fago é englobado no DNA celular, ficando em

estado de latência (profago), quando possui condições favoráveis entra num ciclo lítico.

Fragmentos de DNA livres + Cromossoma bacterial

Absorção dos fragmentos de DNA pela célula bacterial

Integração por recombinação não-recíoproca Transformação estável

Degradação Transformação sem sucesso

Plasmídeo de DNA livre + Cromossoma bacterial

Absorção do plasmídeo pela bactéria

Transformação estável

Fago DNA + Célula bacterial

Fago injecta o seu DNA no

citoplasma da bactéria

Fago de DNA direcciona a

síntese de vários fagos novos

Célula entra em lise e liberta

todos os novos fagos

Os novos fagos podem ligar-se a

outras células bacteriais.

Fago DNA + Célula

bacterial

Fago injecta o seu DNA no

citoplasma da bactéria

Fago de DNA integra-se no cromossoma hospedeiro,

formando um profago

Profago de DNA é

copiado quando a célula se

divide

Profago em estado de latência

Exposição ao stress

biológico (luz UV),

desencadeia a excisão do cromossoma hospedeiro

Indução da síntese de

novos fagos

Libertação dos novos fagos,

pela lise celular, que vão

infectar outras bactérias


60

FUNGOS E SUAS CARACTERÍSTICAS

Fungos Eucarióticos – dintiguem-se das bactérias procarióticas. Não fotossintéticos – distinguem-se das algas e plantas fotossintéticas. Ciclo assexual – esporos formados por mitose (mitósporos). Ciclo sexual – esporos formados por meiose (meiósporos). Existem em todos os habitats – podem viver no interior ou à superfície de plantas e no

interior de insectos ou do solo. Sere heterotróficos para o carbono. Realizam propagação e dispersão por meio de

esporos. A maioria possui uma parede celular rígida e um micélio. Existem fungos macroscópicos e microscópicos (leveduras unicelulares) e as espécies

podem ser isoláveis em meios de cultura, ou só isoláveis por meios moleculares. Podem ser permanentes e ocasionais. E existem espécies saprofíticas, parasitas e simbióticas (facultativos e obrigatórios).

Fungos e Sua Classificação

Pseudomicetos – agrupamento artificial com várias divisões e proveniente de várias linhas evolutivas. Não são verdadeiros fungos, mas o seu ciclo de vida é muito semelhante ao deste grupo. Divisões principais: Myxomycota (Acrasiomycetes; Dictyosteliomycetes; Myxomycetes); Plasmodiophoromycota; Hyphochytriomycota; Oomycota.

Eumicetos (Reino Fungi ou Eumycota) – agrupamento natural que constitui um grupo monofilético, com várias divisões. Derivam de um ancetral comum, que está possivelmente relacionado com protozoários. Divisões principais:

Chytridiomycota – grupo polifilético mais primitivo;

Zygomycota – grupo polifilético;

(Deuteromycota);

Ascomycota – grupo monofilético mais evoluído;

Basidiomycota – grupo monofilético mais evoluído (é um categoria irmã da anterior, que se dividiram a partir de um antepassado comum já extinto. Apesar de se terem desenvolvido paralelamente e de terem, praticamente, o mesmo tempo, possuem diferenças importantes nos seus ciclos de vida).

A nomenclatura dos fungos é semelhante à nomenclatura botânica (regras), mas por vezes possui terminações diferentes (nas categorias superiores).


61

Tipos de Flagelos (Pseudomicetos e Eumicetos)

Heterocônticos – comprimento desigual. Isocônticos – comprimento semelhante. Acronemáticos – lisos, sem mastigonemas (pêlos), tipo chicote. Pantonemáticos – ornamentados, com mastigonemas (pêlos), tipo plumado. Acrocônticos – parte anterior da célula. Opipstocônticos – parte posterior da célula. Exemplos representativos de tipos de células flageladas em fungos:

Plasmodiophoromycota – 2 flagelos acronemáticos;

Hyphochytriomycota – 1 flagelo pantonemático acrocôntico;

Oomycota – 1 flagelo pantonemático e 1 flagelo acronemático;

Chytridiomycota – 1 flagelo acronemático opistocôntrico. Com a passagem para o meio terrestre, as células vão perdendo os flagelos, pois não

têm função neste ambiente. Desta forma, os Eumycotas não possuem flagelos, com excepção dos seres aquáticos.

Diferenças entre Pseudomicetos e Eumicetos

Pseudomicetos – presença de celulose na parede, síntese da lisina pela via DAP (ácido diamnopimélico), ausência de polióis, rRNA 25s, flagelos acronemáticos ou pantonemáticos, flagelos acrocônticos ou inseridos lateralmente.

Eumicetos – presença de quitina na parede, síntese da lisina pela via AAA (ácido aminoadípico), presença de polióis, rRNA 25s, flagelo acronemático opistocôntico. Para além destas características existem, também, as principais deste grupo: organização tipicamente miceliana, nutrição osmotrófica, glicogénio como substância de reserva, interpolação de uma dicariofase entre a haplofase e a diplofase.

Parede Celular dos Fungos

A parede celular dos fungos possui uma forma universal (excepto em somas plasmodiais e células flageladas), no entanto é mais rígida (mas permeável) o que confere resistência às células e permeabilidade passiva.

A sua matriz celular possui proteínas, α-glucanas e mananas. Esta estrutura é formada por fibrilhas de celulose, intercaladas e embebidas numa

matriz (camada interna). Fibrilhas constituidas por quitina / quitosano (em Eumicetos), por β-glucanas (em

Eumicetos) e por celulose (em Pseudomicetos).

Quitina – polímero N-acetil-D-glucosamina, com ligações β-(1,4), cujas cadeias possuem um número elevado de unidades e as fibrilhas são formadas por feixes de cadeias. Constitui uma vantagem evolutiva;

Quitosano – polímero de N-acetilglucosamina, parcialmente, desacetilado;

β-glucanas – polímeros de glucose, com ligações β-(1,3) e β-(1,4). Nos Ascomicetos e Basidiomicetos as fibrilhas de quitina são inter-ligadas por glucanas. Nos Zigomicetos, as fibrilhas de quitosano são inter-ligadas por polissacarídios,

contendo ácido glucurónico e açúcares neutros. A constituição química da parede celular constitui um marcador taxonómico, pois

possui celulose nos Pseudomicetos e quitina nos Eumicetos (excepção dos Hyphochytriomycetes que possuem celulose e quitina e os Zygomycetes que possuem quitosano). As leveduras possuem quitina residual, apenas no septo, e, também, mananas.

COMPRIMENTO

RELATIVO

MORFOLOGIA

EXTERNA

LOCAL DE

INSERÇÃO


62

Fungos – Septos Hifais O facto de determinado fungo possuir septos traduz uma vantagem evolutiva pois

aumenta a sua resitência e impede que todo o organismo morra, quando uma parte sua for afectada ou atacada por outro microrgansmo / fungo que, por exemplo, fure a hifa.

Septos imperfurados – tabique transversal (barreira completa), que aparece em Pseudomicetos e Eumicetos. Estes septos servem para delimitar zonas mortas, para separar estruturas reprodutoras (vegetativas) e para a segmentação de hifas (artículos e esporos).

Septos perfurados simples – tabique transversal com orifício central, que aparece em Deuteromycota e Ascomycota, sendo hifas regulares (septação regular). Constituem assim reforços mecânicos. No interior do poro / orifício podem formar “rolhas” (sistemas de membranas / grânulos electronodensos) e na sua periferia podem formar os corpos de Woronin (revestimento membranar com conteúdo proteico cristalino e de forma variável. Há fecho dos poros em situações de emergência que parecem controlar a passagem de organitos).

Septos perfurados dolipóricos – tabique transversal, com um orifício central, que aparece em Eumicetos (maioria Basidiomycota). Formam espessamentos na parede celular (orifício) e, na sua periferia, um sistema de membranas (parentossoma). São regulares em hifas (septação regular) onde constituem um reforço mecânico, podendo o parentessoma desagregar e deixar passar organitos (como o núcleo).

Pensa-se que as rolhas formadas possam tapar e destapar, consoante as suas necessidades, de modo a comunicar com outras hifas. Quando uma região da hifa fura, os septos vão fechar, impedindo a perda de citoplasma, para o exterior. A célula viva, de modo a tapar o orifício, produz as rolhas, corpos Woronin (bastonetes) ou ambos.

Paredessoma – membrana derivada do retículo endoplasmático, que permite a abertura de septos dolipóricos.

Estes organismos constituem estruturas dinâmicas, cujo núcleo se deforma para conseguir passar através dos septos. Nesta passagem o poro abre e o paredessoma desagrega-se, para permitir a passagem do organelo. Após a sua passagem, o paredessoma volta a agregar-se e o poro fecha.

Sistemas de Classificação dos Fungos

Evolução nos Fungos Os fungos constituem um ramo simultâneo com os restantes seres (animais e plantas),

mas devem ser analisados como um ramo independente. Assim, os fungos superiores são um ramo ao nível das plantas superiores (com flor) e ao nível dos animais superiores (vertebrados). A evolução do seu RNA é muito lenta.

Dictionary (1983) - separação dos plasmodiais, Deuteromycetes

separados, mas Oomycetes ainda dentro dos Eumycota

Dictionary (1995) - consolida-se Eumycota sem plasmodiais e

Oomycetes, supressão Deuteromycetes

Webster & Weber (2007) - semelhante à do Dictionary (1995)


63

PRINCIPAIS GRUPOS DE FUNGOS

Divisões de Pseudomicetos Pseudofungos plasmodiais: Dictyosteliomycetes, Acrasiomycetes, Myxomycetes,

Plasmodiophoromycetes. Seres que, provavelmente, evoluíram dos protozoários, mas que ao contrário destes, formam corpos frutíferos.

Myxomycetes

Grupo constituído por cerca de 57 géneros e 700 espécies, que têm origem, provavelmente, em protozoários flagelados.

Características principais: presença de esporóforo e plasmódio (estrutura que vai crescendo, podendo atingir metros) e de vários núcleos diplóides. Este crescimento é feito enquanto as condições ambientais o permitem.

Ciclo de vida – Phisarum

Esporo germina originando uma mixamiba / células flageladas;

A fusão de mixamibas / células flageladas origina o zigoto (plasmódio);

Num meio com escassez de nutrientes produzem o esporóforo;

Os esporângios possuem os esporos;

Células flageladas – com flagelos acronemáticos acrocônticos.

Os esporóforos de Myxomycetes possuem uma grande diversidade morfológica, mas a sua estrutura é sempre semelhante.

Eumycetes: Chytrydiomycota

Características principais: quitina na parede, flagelo liso e esporângios. Tem um ciclo de vida que apesar de muito simples, assemelha-

se ao dos fungos. Neste ciclo, há a formação de esporângios que, muitas vezes, também actuam como gametângios, sendo então uma estrutura indiferenciada que intervém no ciclo sexual e assexual.

Ciclo assexual – zoósporo (com flagelo acronemático opistocôntico).

Ciclo sexual – fusão de gâmetas flagelados (espécies menos evoluídas) e fertilização de oosfera e anterozóide (espécies mais evoluídas).

Soma holocárpico (Olpidium rotiferum parasita de rotíferos). Soma eucárpico : miceliano (Monoblepharis).

Assexual – micélio (esporângio terminal), zoósporo (micélio).

Sexual – micélio (gametângios) masculino (anterídio com anterozóides flagelados) e feminino (oogónio com oosferas). A fertilização é feita entre a oosfera e o anterozóide, formando um oósporo, cuja germinação forma, de novo, o micélio.

Mecanismos de libertação de esporângios nos zoósporos (células sexuais flageladas):

Inoperculação (esporângios inoperculados) – há desintegração de áreas dos esporângios e dissolução das papilas gelatinosas (Chytridiomicetos);


64

Operculação (esporângios operculados) – há deiscência do opérculo, dando-se a sua abertura. O opérculo, em alguns casos, permanece agarrado ao esporângio (Géneros: Karlingia, Karlingiomyces, Chytridium, Chytriomyces, Nowakowskiella, Allochytridium).

Inoperculação não vesiculares (Rhizophidium) – ocorre a dissolução das papilas gelatinosas (rolhas gelatinosas), para serem libertados os zoósporos.

Operculação vesicular (Karlingiomyces) – ocorre a deiscência do opérculo, ficando uma vesícula. Ou seja, os esporângios estão rodeados por uma cápsula (opérculo) que os fecha. Quando o opérculo sai (pode permanecer agarrado, durante algum tempo), fica uma vesícula a englobar os zoósporos. Quando esta vesícula se dissolve, estes zoósporos são libertados.

Operculação não-vesiculares (Chytridium) – ocorre deiscência do opérculo, não ficando vesícula.

Eumycetes: Zygomycota

Características principais: quitina na parede, ausência de células flageladas, reprodução assexual com esporângios e reprodução sexual com zigosporângios.

Eumicetos que aparecem em diversos substratos como solo, estrume, produtos armazenados, … Possuem diversos modos nutricionais:

Mucorales – sapróbios. Alimentos, solo e estrume;

(Glomeromycota /Glomales micorrizas – simbiontes);

Entomophthorales – parasitas de insectos. Ciclo sexual com esporângios, que têm esporangiósporos. Há fusão de gametângios /

células somáticas, formando zigosporângio com zigósporo (célula dormente, resistente de parede espessada).

Evolutivamente, são seres intermédios entre Chitridiomicetos e os ascomicetos / basidiomicetos. Grupo monofilético (excepto Glomales) cuja formação definiu um salto evolutivo (segundo passo evolutivo), que levou à perda das células flageladas.

Grupo constituído por cerca de 122 géneros (com ciclos de vida, praticamente, idênticos). Dado que a fase sexual não é vulgar, a sua classificação baseia-se em estruturas reprodutoras assexuais.

A partir deste grupo de organismos, as estruturas sexuais são completamente distinguíveis da assexual.

O ciclo de vida sexual de um zigomiceto (Mucorales), ocorre em meios de escassez de nutrientes, pois enquanto há abundância de nutrientes, o ciclo assexual está sempre a ocorrer. Quando os nutrientes começam a escassear, realiza-se, pelo menos uma vez, o ciclo sexual (antes do esgotamento total dos nutrientes), de modo a formar-se um esporo geneticamente mais rico e extremamente resistente a ambientes adversos, que fica num estado de latência e só germina quando as condições ambientais melhoram.

Este ciclo não possui feminino nem masculino pois os gametângios são, praticamente, iguais podendo variar apenas, ligeiramente, no tamanho, mesmo assim não sendo significativo o suficiente para se diferenciar, a este nível.


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Eumycetes: Zygomycota: Mucorales Os esporângios são grandes e cheios de esporos, logo a dessiminação é muito eficaz

(há excepções). Geralmente, contêm uma columela interior (prolongamento do esporangióforo).

Ciclo assexual com esporângios que possuem esporangiósporos. O esporângio pode conter um número de esporangiósporos elevado (esporângio multiespórico), reduzido (esporangíolo multiespórico) ou unitário (esporangíolo uniespórico).

Merosporângio – esporangíolo multiespórico, cilíndrico e sem columela. Phycomyces – reprodução sexual onde ocorre diferenciação de zigóforos. Possuem 2

células suspensoras, com os gametângios nessas extremidades.

Espécies homotálicas – espécies que pertencem à mesma cultura e que, entre elas, são

capazes de formar todo o ciclo. Espécies heterotálicas – cruzamento entre espécies de uma cultura (designada +) com

espécies de outra cultura diferente (designada -). Estas culturas, apesar de diferentes, são muito semelhantes. A designação + e – são utilizadas, em vez de masculino e feminino.

A aproximação entre as culturas (+) e (-) é determinada por mecanismos hormonais, característico da reprodução sexual. Esta aproximação deve-se a um sistema não específico de espécies diferentes, onde intervêm ácidos trispóricos (hormonas) que actuam em concentrações reduzidas.

Quando há produção de ácido trispórico, induz-se o cruzamento, mas não em culturas isoladas. Se for adicionado ácido trispórico a uma cultura (+) ou (-), desencadeia-se o processo de formação de zigóforos. Estes ácidos trispóricos sintetizam-se a partir do β-caroteno.

Inicialmente, as culturas (+) e (-) seguem vias diferentes. Mas a determinado momento, a cultura (+) utiliza o precursor da cultura (-) e, consequentemente, a cultura (-) utiliza um precursor da cultura (+). No fim, ambas sintetizam ácidos trispóricos.

Eumycetes: Deuteromycota

Características principais: quitina na parede, ausência de células flageladas, reprodução assexual através de conídios e sem reprodução sexual.

Como não tem flagelos e são organismos aquáticos, o seu movimento é feito ao sabor da corrente do curso aquático, no qual estão inseridos.

Grupo formado por 2600 géneros e 15000 espécies. Os seres que o constituem são eumicetos ubiquistas, sobretudo, no solo, atmosfera e plantas, sendo a maioria sapróbios (diversos infectam as plantas, animais e o Homem). Géneros fitopatogénicos: Alternaria, Cladosporium, Fusarium e Verticillium.

Estes seres podem ser patogénicos para o Homem, como a espécie Candida albicans, que causa as candidíases. Podem, também, produzir micotoxinas como Aspergillus, Fusarium e Penicillium. Certas espécies, quando dominantes em algumas atmosferas, causam alergias.

A sua reprodução assexual é muito semelhante à dos ascomicetos e basidiomicetos, portanto, os deuteromicetos, muito provavelmente, são formas conidiais de ascomicetos e basidiomicetos que perderam a capacidade de reprodução sexual, ou é tão rara que nunca foi observada, com formas anamórficas.

Quanto à evolução são fungos desenvolvidos de formas conidiais de ascomicetos ou basidiomicetos, constituindo um salto evolutivo em relação aos zigomicetos, pois possuem um micélio septado.

Apesar de não apresentarem um ciclo sexual, possuem um ciclo para-sexual onde ocorre recombinação genética.

Fusão de gametângiosDiferenciação de

apêndices nas células suspensoras

Formação de Prozigosporângios e, consequentemente, de zigosporângios

Diferenciação de zigósporos no interior

dos zigosporângios


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Conídio – célula especializada, não-móvel (logo não é flagelada), cuja germinação origina o novo organismo. Forma-se pela extrusão da célula e possuem septação para realizarem a fragmentação das hifas.

Célula conidiogénica – célula mãe dos conídio, no interior da qual, ou a partir da qual se formam conídio. Pode ser uma célula diferenciada ou indiferenciada.

Conidióforo – estrutura que suporta os conídios, e por vezes, também as células conidiogénicas. Esta estrutura pode ser, morfologicamente, indistinta, pouco distinta ou bem diferenciada.

Os conidióforos podem aparecer livres e isolados ou agrupados em estruturas organizadas, especializadas, geralmente macroscópicas e complexas. Tipos principais:

Esporodóquio – estruturas com estroma prosenquimatoso, com forma de almofada, que suporta conidióforos curtos ou agregados;

Sinema – conidióforos agregados, com forma em feixe, que suportam conídios

Picnídio – estrutura com forma globosa ou de garrafa, aberta desde o início do ostíolo, que possui um revestimento de tecido pseudoparenquimatoso. Os conidióforos estão dispostos lado a lado, forrando o interior desta estrutura;

Acérvulo – estrutura achatada e alongada, que serve de revestimento a uma planta hospedeira. Possui conidióforos curtos, que estão dispostos lado a lado, sobre o tecido fúngico.

Grupos (tradicionais):

Hifomicetos – conidióforos livres ou agrupados, com esporodóquio ou sinema;

Coelomicetos – conidióforos agrupados, sob a forma de picnídios ou acérvulos;

Blastomicetos – soma unicelular, predominantemente, sob a forma de leveduras (deuteromicéticas);

Mycelia sterilia – ausência de estruturas reprodutoras;

Agonomycetes – células especializadas, com ausência de conídios, e com uma multiplicação por fragmentação das hifas.

Eumycetes: Deuteromycota: Hifomicetos – Sistemas de Classificação

Saccardo – sistema baseado em conidióforos livres ou agrupados, na forma e septação dos conídios e na cor dos conidióforos e conídios (claros ou escuros).

Vantagens – utilização prática, acessível e expedita;

Limitações – a cor é subjectiva. Artificialidade na proliferação e fragmentação de géneros (espécies semelhantes são colocadas em géneros ou famílias distintas), cor, forma e septação (conídios);

Principais tipos de conídios: Amerósporos; Didimósporos; Fragmósporos; Ataurósporos; Helicósporos; Dictiósporos; Scolescósporos.

Pós-Saccardo – ontogenia conidial. Baseado no tipo de conidióforo, modo de formação e conídios (segundo microscopia óptica). Baseado no modo blástico, tálico, holoblástico e enteroblástico (segundo microscopia electrónica).

Ontogenia holoblástica solitária determinada, ontogenia holoblástica acropetal, ontogenia holoblástica botritiosa, ontogenia holoblástica simpodial, ontogenia holoblástica porogénica, ontogenia holoblástica basáuxica, ontogenia blástica retrogressiva, ontogenia enteroblástica anelídica, ontogenia enteroblástica fialídica, ontogenia holotálica, ontogenia articulada.

Ontogenia conidial, modo blástico – o conídio forma-se por extrusão, da célula conidiogénica:

Holoblástico – existe continuidade entre todas as camadas da parede da célula conidiogénica e as camadas da parede do conídio (Nigrospora, Alternaria).


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Enteroblastico – a camada externa da parede da célula conidiogénica não tem continuidade com a parede do conídio, mas pode existir continuidade entre a camada interna da parede da célula conidiogénica e a parede do conídio.

o Fialídico (endoblástico) – modelo enteroblástico no qual não existe qualquer continuidade entre a camada interna da parede da célula conidiogénica e a parede do conídio.

Ontogenia conidial, modo tálico – o conídio forma-se por conversão e desarticulação de um elemento hifal, indiferenciado, pré-existente.

Vantagens da ontogenia conidial – sistema orgânico, coerente e que agrupa fungos semelhantes.

Limitações da ontogenia conidial – exige observações pormenorizadas, para se conseguir identificar o tipo de conidiogénese.

Os sistemas em uso são então a conidiogénese, tipos e conídios de Saccardo, mas é de salientar a importância dos tipos de ramificação de conidióforos e da morfogénese dos conídios. Assim, num sistema de classificação dos deuteromicetos (holomicológico), deve-se incorporar a análise comparativa de RNAs, morfologia e ecologia das observações de campo.

Eumycetes: Ascomycota

Principais característica – quitina na parede, ausência de células flageladas, presença de fase dicariótica, reprodução assexual através de conídios e reprodução sexual através de asco, com ascósporos.

Ciclo assexual – através de leveduras, que formam gémulas (conídios holoblásticos), ou através de hifas filamentosas, que formam conídios (anamorfos).

Ciclo sexual – fusão de células indiferenciadas ou diferenciadas (asco), que se formam por meiose no interior dos ascósporos.

É um grupo constituído por 46 ordens, 264 famílias, 3266 géneros e 32367 espécies, no entanto cerca de metade destas espécies são liquenizadas.

São fungos evoluídos, provenientes de um grande ramo evolutivo, que divergiram cedo dos basidiomicetos, mas que tiveram um aparecimento tardio, em termos de evolução.

No reino dos eumicetos, é a divisão mais numerosa, com maior número de espécies, maior diversidade de ciclos, modalidades e reprodução sexual, sendo o grupo com a sistemática e taxonomia mais complexas.

Principais determinantes biológicas: asco, ascocarpo, modalidade reprodução sexual. Estas determinantes estão correlacionadas com a sua sistemática e taxonomia.

Eumycetes: Ascomycota (Asco)

Prototunicados – a parede do asco é fina e frágil, não existindo estruturas especializadas no seu ápex. Os ascósporos libertam-se através da desagregação da parede do asco, dando-se a libertação passiva de ascósporos (Archiascomycetes, Plectomycetes (maioria) e Hemiascomycetes).

Unitunicados – a parede do asco possui duas camadas, a exotunica (exoasco) e a endotunica (endoasco). Pode existir um aparelho apical, no ápex do asco. Possui as camadas, fortemente, aderentes entre si. Os ascósporos libertam-se através do poro (fenda), na região apical ou sub-apical (inoperculados), cuja libertação dos ascósporos é passiva ou activa (Pyrenomycetes e Discomycetes), ou através de um poro tapado com uma tampa (opérculo – operculados), cuja libertação dos ascósporos é activa (Discomycetes).

Bitunicados – a parede do asco possui duas camadas (exotunica e endotunica). Antes da libertação, as camadas deslizam e a exotunica rompe-se. A endotunica expande-se no comprimento, destacando a exotunica. Assim, os

ascósporos libertam-se através de um poro na endotunica, libertação essa que é activa (Loculoascomycetes, Erysiphales, discomicetos liquenizados).

Unitunicado

Inoperculado

Operculado

Bitunicado (endoasco + exoasco)


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Eumycetes: Ascomycota (Ascocarpo) – Localização dos Ascos Isolados – ascos nús (Archiasmycetes, Hemiascomycetes). Agrupados – ascocarpos (Plectomycetes, Pyrenomycetes, Discomycetes, Erysiphales):

Cleistotécio – ascocarpo globoso, totalmente fechado, delimitado pelo perídio. Os ascos estão dispersos no interior e não existe himénio (Plectomycetes);

Peritécio – ascocarpo com forma de garrafa ou pescoço, aberto num ostíolo e delimitado no perídio. Os peritécios estão isolados ou embebidos num estroma, formando corpos frutíferos. Os ascos podem estar dispersos no interior ou organizados no himénio, que possui ascos e paráfises (estéreis). A libertação pode ser activa ou passiva (Pyromycetes);

Apotécio – ascocarpo com forma extremamente diversa (tipicamente em taça). Este ascocarpo está sempre aberto na maturação, com os seus ascos organizados num himénio (exposto), que contém paráfises estéreis (Discomycetes).

Cleistocarpo – ascocarpo globoloso, muito pequeno, revestido de apêndices, mas totalmente fechado e delimitado por um perídio. Os ascos estão organizados em himénios pequenos e internos (Erysiphales).

Embebidos no estroma – ascostroma (Loculoascomycetes). Ascos em pequenas cavidades (lóculos) que estão embebidas em tecido no estroma. Os lóculos podem conter estruturas estéreis (pseudoparáfises). Os ascostromas uniloculares são muito semelhantes ao peritécio.

Eumycetes: Ascomycota – Principais Determinantes Fisiológicas (Modalidades de Reprodução Sexual)

Somatogamia – ocorre fusão de células somáticas compatíveis, que actuam como células sexuais (Archiascomycetes e Hemiascomycetes).

Fusão de gametângios indiferenciados – fusão de células pouco diferenciadas entre si e, também, diferentes das vegetativas (Archiascomycetes e Hemiascomycetes).

Gametangiogamia (gametângios diferenciados) – fusão de células bem diferenciadas

entre si e das vegetativas, constituindo gametângios. Existe um gametângio masculino (anterídio) e um feminino (ascogonio) (Plectomycetes e Pyrenomycetes).

Espermatização – fusão entre uma célula masculina (hifa vegetativa, conídio,

espermácio (microconídio), ascósporo) e uma feminina (ascogónio – pluricelular, espiralado, pode apresentar hifas receptoras no tricogino e pode estar no protoperotécio) (Pyrenomycetes e Discomycetes).

Aproximação do gametângio masculino

(anterídio), à extremidade (tricogino) do gametângio

feminino (ascogónio)

Fusão de dois gametângios -plasmogamia

Passagem dos núcleos do gametângio masculino para

o gametângio feminino

Início da proliferação das hifas ascogénicas


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A espermatização é a divisão de fungos com maior diversidade, ao nível das

modalidades de reprodução sexual. A somatogamia e fusão de gametângios indiferenciados são modalidades pouco evoluídas, no entanto, a gametangiogamia e a espermatização são modalidades evoluídas e complexas.

Eumycetes: Ascomycota – Sistemática

Os sistemas tradicionais de ascomicetos são baseados na estrutura do asco, no tipo de ascocarpo e no tipo de reprodução sexual. No entanto, a análise comparativa dos RNA ribossómicos veio questionar estes sistemas, levando à criação de um fórum de discussão.

Archiascomycetes – presença residual de quitina na parede e ausência de corpos de Woronin junto dos septos e de ascocarpos. A soma é unicelular ou miceliano e os ascos são prototunicados ou unitunicados. Reprodução ocorre por somatogamia ou fusão de gametângios indiferenciados (Taphrina, Shizosaccharomyces).

Hemiascomycetes – presença de quitina, exclusivamente, no septo da gémula. Possui ascos prototunicados e uma soma tipicamente unicelular. Ausência de ascocarpos. A reprodução é feita por somatogamia ou fusão de gametângios indiferenciados.

Plectomycetes – soma miceliano, ascos prototunicados, presença típica de cleistotécios. A reprodução típica é por gametangiogamia.

Pyrenomycetes – soma miceliano, ascos unitunicados inoperculados, presença típica de peritécios. Reprodução típica por espermatização.

Discomycetes – soma miceliano, ascos unitunicados inoperculados ou operculados, presença típica de apotécios. Com reprodução típica por espermatização.

Eumycetes: Basidiomycota

Principais características – quitina na parede, ausência de células flageladas, fase dicariótica. Reprodução assexual através de conídios e reprodução sexual através de basídios, com basidiósporos. Os basidiomycota possuem hifas com septos perfurados dolipóricos.

Ciclo assexual:

Leveduras – gémulas (conídios enteroblásticos);

Filamentosos – oídios (anamorfos).

O ascogónio está contido num protoperitécio. o ascogónio apresenta

hifas receptoras que emergem do proptoperitécio

Contacto entre um conídio e uma hifa receptora do ascogónio. o conídio

desempenha a função de uma célula sexual masculina

Fusão entre conídios e as hifas receptoras, e entre uma hifa vegetativa e uma hifa receptora. a hifa vegetativa também desempenha a função de uma

célula sexual masculina

Archiascomycetes

Hemiascomycetes

Plectomycetes

Hymenoascomycetes

Pyrenomycetes

Pezizales (discomicetos operculados)

Heliotales (discomicetos inorpeculados)

Lecanorales (ascomicetos liquenizados)

Outras ordens

Loculoascomycetes


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Ciclo sexual – fusão de células indiferenciadas, por um micélio dicariótico, constituindo o basídio que, por meiose, no seu interior forma os basidiósporos.

É um grupos constituído por 41 ordens, 165 famílias, 1428 géneros e 22244 espécies. São fungos evoluídos, que consituem um grande ramo evolutivo. Desde cedo, divergiu

do ramo evolutivo dos ascomicetos, mas que em termos de evolução, teve um aparecimento tardio. Este grupo abalou a sistemática e taxonomia tradicional, pela análise comparativa de RNA ribossómico, no entanto, ainda não existe um esquema global alternativo.

Eumycetes: Basidiomycota – Ciclo de Vida

O ciclo de vida deste grupo é muito menos complexo que o ciclo de vida dos ascomicetos:

Fusão de micélios haplóides (n) compatíveis, formando-se um micélio dicariótico (n+n):

Aproximação e reconhecimento – micélios compatíveis;

Formação de um canal de ligação entre as duas hifas;

Passagem de um núcleo ou troca recíproca, tendo como consequência imediata a plasmogamia, formando-se um compartimento, binucleado (dicariótico) n + n.

Este compartimento binucleado é explicado por várias possíveis evoluções: 1. Núcleo estranho que sofreu mitoses sucessivas, até atingir o compartimento

apical. 2. Núcleo estranho que, ao tingir o compartimento apical, levou à sua formação

directa, através de mitoses conjugadas, com ansas de anastomose.

Eumycetes: Basidiomycota – Principais Determinantes Biológicas (Basidiósporos)

Hymenomycetes Gasteromycetes

Forma Assimétrica Simetria radial

Libertação Violenta Passiva

Posição do esterigma Assimétrica Simétrica

Local de abcisão Entre o esporo e o esterigma No esterigma

Hymenomycetes – possuem uma trajectória esporábola. A sua disseminação é feita

através de uma projecção violenta.

Fusão de micélios haplóides (n) compatíveis e de micélios dicarióticos (n + n) estáveis e indefinidos;

Formação de basidiocarpo e basídio;

Basídio, por meiose, forma basidiósporos,

Basidiósporos constituem micélios haplóides.


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Eumycetes: Basidiomycota – Principais Determinantes Biológicas (Tipos de Basídios) Holobasídios – asseptados, unicelulares que podem possuir septos secundários;

Globoso, ovóide ou clavado – Agaricales, Aphyllophorales, Gasteromycetes.

Com esterigmas conspícuos – Ceratobasidiales, Tulasnellales;

Forma de forquilha – Dacrymycetales. Heterobasídios – septados, pluricelulares, com formação de septos primários.

Fragmobasídios: o Septos primários transversais – Auriculariales; o Septos primários longitudinais – Tremallales;

Promicélio:

Germinação do teliósporo de septos transversais – Uredinales e Ustilaginales.

Eumycetes: Basidiomycota – Principais Determinantes Biológicas (Basidiocarpo) Isolados – ausência de basidiocarpos bem definidos (Uredinomycetes e

Ustilaginomycetes). Agrupados – basidiocarpos bem definidos (Hymenomycetes com himénio e

Gateromycetes sem himénio). Gimnocárpico – himénio nunca coberto (está sempre exposto),

que se forma após o chapéu (Hymenomycetes – Aphyllophorales). Pseudoangiocárpico – himénio forma-se após o chapéu, que está

temporariamente coberto, mas posteriormente é descoberto (Hymenomycetes – Agaricales).

Hemiangiocárpico – himénio inicialmente coberto por uma membrana / teia. A expansão do seu chapéu provoca o rompimento dessa mesma membrana / teia (Hymenomycetes):

Uma membrana- véu interno (Agaricus);

Duas membranas – véu interno e véu universal (Amanita);

Uma teia (Cortinarius). Angiocárpico – basídios encerrados, e nunca são expostos. Possui basidiósporos no

interior dos basidiocarpos, que se libertam por rompimento do perídio. Este basidiocarpo, na maturção, constitui uma massa desorganizada, na qual se encontram os basidiósporos (Gasteromycetes).

Os basídios formam basidiósporos, que se vão encher de câmaras. Quando se dá o colapso dos basídios e da trama, ocorre a maturação dos basidiocarpos.

Os tipos de desenvolvimento dos basidiocarpos possuem correlação com a sistemática e taxonomia deste grupo, logo, estas determinantes biológicas estão correlacionadas com a sistemática e taxonomia deste grupo.

Eumycetes: Basidiomycota – Sistemática Tradicional (Grupos Tradicionais)

Agaricales – basidiocarpos deliquescentes, moles ou carnudos, sendo a maioria com forma de chapéu de chuva, pelo que são estipitados pileados. Himenióforo, na maioria, lamelar. Holobasídios ovóides e com balistósporos (projectados violentamente mas não batem na lâmina contígua).

Aphyllophorales – basidiocarpos coriáceos ou rígidos como madeira. Possuem uma forma muito variável (ressupinados, prateleira, chapéu-de-chuva, clavados, coralóides). Holobasídios ovóides com balistósporos. Himenióforo variável (liso, lamelar, tubuloso).

Dacrymycetales – holobasídios forquilha. Basidiocarpos gelatinosos, cerosos ou mucóides. Balistósporos e himénio bem definido.

Ceratobasidiales – holobasídios esterigmas. Basidiocarpos gelatinosos, cerosos ou mucóides. Balistósporos e himénio bem definido.

LOCALIZAÇÃO DE

BASÍDIOS

TIPOS DE

DESENVOLVIMENTO


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Tulasnellales – holobasídios esterigmas. Basidiocarpos gelatinosos, cerosos ou mucóides. Balistósporos e himénio bem definido.

Auriculariales – fragmobasídios. Basidiocarpos gelatinosos, cerosos ou mucóides. Balistósporos e himénio bem definido.

Tremellales – fragmobasídios. Basidiocarpos gelatinosos, cerosos ou mucóides e coloridos. Balistósporos e himénio bem definido.

Gasteromycetes – ausência de himénio na maturação, tendo um desenvolvimento angiocárpico. Possui holobasídios e estatismósporos. É um grupo polifilético constituído por 14 ordens, 56 famílias, 164 géneros e 1169 espécies, que derivam de Agaricales, Boletales, Bondarzewiales, Cortinariales, Russulales e Stereales. Têm um perídio como revestimento, gleba (massa de basidiósporos) e capilício (hifas estéreis que não derivam da trama). Morfologia: globolosa, estrelada, estipitado, pseudoestipitada, clatrada, acopada, piriforme.

Lycoperdales – perídio com várias camadas. Gleba pulverulenta com basidiósporos ornamentados, capilício bem desenvolvido, himénio rudimentar nas fases iniciais, basidiocarpo séssil;

Tulostomatales;

Sclerodermatales – perídio rígido com uma camada, gleba escura com basidiósporos ornamentados, capilício ausente e basidiocarpo séssil;

Phallales – perídio gelatinoso, gleba mucilaginosa com basidiósporos lisos, capilício ausente, basidiocarpo com receptáculo conspícuo;

Nidulariales;

Hymenogastrales;

Uredinomycetes e Ustaginomycetes – ausência de septos dolipóricos e de basidiocarpo. Com teliósporo promicélio;

Eumycetes: Basidiomycota – Sistemática dos Basidiomicetos (Sistema B)

Homobasidiomycetes – holobasídios, himenomicetos e gasteromicetos (grupo poliporóide, euagaricóide, boletóide, teleforóide, russulóide, himenochaetóide, cantharelópide, gomofóide-falóide).

Heterobasidiomycetes – holobasídios particulares (Darymycetales, Ceratobasidiales, Tulasnellales) e fragmobasídios (Auricularialles e Tremellales).

Ustilaginomycetes

Uredinomycetes

Homobasidiomycetes (holobasídios)

Grupo agaricóide Lycoperdaceae (gasteromicetos)

Outras famílias

Grupo poliporóide

Grupo boletóide Sclerodermataceae (gasteromicetos)

Outras famílias

Grupo teleforóide

Grupo russulóide

Grupo himenochaetóide / Grupo cantaleróide

Grupo gonfóide-falóide Phallaceae (gasteromicetos)

Outras famílias

Heterobasidiomycetes (heterobasídios e holobasídios especiais)

Ceratobasidiales

Tulasnellales

Dacrymycetales

Auriculariales

Tremellales


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LEVEDURAS – MICROBIOLOGIA DA CERVEJA E DO PÃO

Leveduras Leveduras são Eumicetos com soma, predominantemente, unicelular

(transitoriamente pseudomiceliano e / ou miceliano). A reprodução assexual é, típicamente, através de gémulas. Não existem corpos frutíferos, nem ascocarpos ou basidiocarpos. Os ascos são nús e os basídios isolados. Estes seres não possuem qualquer significado taxonómico:

Leveduras deuteromicéticas – Deuteromycota;

Leveduras ascomicéticas – Ascomycota;

Leveduras basidiomicéticas – Basidiomycota. Os investigadores que estudam as leveduras, designam-se de zimologistas, e esta

constitui uma área à parte da micologia, que possui métodos de cultura e estudos específicos, sendo diferentes dos restantes fungos.

Leveduras – seres anaeróbios facultativo, fazendo respiração celular, quando em condições aeróbia, ou fermentação, quando em condições anaeróbias.

As leveduras são utilizadas em fermentações industriais: microbiologia da cerveja (Saccharomyces carlsbergensis e Saccharomyces pastorianus – leveduras com fermentações baixas) e microbiologia do pão.

A vinificação e a indústria da cerveja baseiam-se na enorme capacidade fermentativa das leveduras, convertendo os hidratos de carbono em etanol e dióxido de carbono, o qual pode originar bolhas.

O vinho deixado em contacto com o ar produz vinagre, pois bactérias aeróbias oxidam o etanol, que se transforma em ácido acético.

No fermento de padeiro, as leveduras produzem enzimas, que lhes permitem decompor o amido da farinha em hidratos de carbono simples, produzindo álcool (que se evapora) e dióxido de carbono (que fica retido no interior da massa, em bolhas, que fazem a massa aumentar de volume). As temperaturas elevadas da cozedura matam as leveduras e expandem o dióxido de carbono.

Microbiologia da Cerveja

Elementos fundamentais dos processos tecnológicos: cevada (malte), água, lúpulo e leveduras.

Maltagem da cevada – feita com diversos tipos de cevado, no entanto podem ser utiilizados outros cereais.

Germinação – leva à degradação do amido, o que é indespensável pois as leveduras não degradam o amido;

Torragem – a temperatura é determinante: temperaturas baixas (malte amarelo – cervejas claras e louras) e temperaturas altas (malte castanho, escure e preto – cervejas escuras e pretas);

Água de malte – malte dissolvido em água. O seu aquecimento é feito por acção de:

o Enzimas endógenas – proteases (degradação das proteínas em aminoácidos); amilases (degradação do amido em maltose e glucose que é indespensável, pois as leveduras não degradam o amido). Actua no grão de cevada;

o Flora microbiana – acidificação (pH atinge o valor 5,2). Actua na superfície do grão de cevada.

Qualidade de água – importantíssimo e determinante. As características da água, influenciam características da cerveja.


74

Lúpulo – flores femininas, com substâncias resinosas, a lupulina. Possui diversas

variedades com diferentes características. A fervura da água de malte com lúpulo, extrai a lupulina, elimina parte da flora microbiana (desinfecção) e coagula as proteínas. Funções: responsável pelo gosto amargo, aromas e clarificação e possui substâncias anti-microbianas para a desinfecção da água de malte (a flora microbiana poderia deteriorar a fermentação).

Aditivos – pétalas de milho, especiarias, plantas aromáticas, extractos de frutos. As cervejas “lager” necessitam de fermentações baixas, enquanto as cervejas “ale” e

“stout” necessitam de fermentações altas.

Fermentação do mosto – as leveduras utilizam mono e alguns di e trissacarídios. O

mosto de malte (maltose) é o açúcar mais abundante, pois não utilizam dextrinas nem amido. As leveduras possuem uma fase inicial aeróbia, com consumo de oxigénio, e uma fase fermentativa, com produção de dióxido de carbono e etanole de diversas substâncias características organolépticas.

Microbiologia do Pão

A superfície das sementes dos cereais possuem bactérias e leveduras, estando muitas delas presentes na farinha.

Levedar da massa – a flora autóctone das sementes dos cereais e a flora de leveduras e bactérias (espécies cosmopolitas e específicas, de dada região ou massa).

Massas correntes – leveduras;

Massas azedas – leveduras e bactérias lácticas (broa de Avintes);

Levedar espontâneo da massa – resultados irregulares;

Cevada

Amido Sacarídeos

Germinação Plântula Secagem Torragem Moagem Extracto de Malte

Temperatura

CEVADA Germinação Secagem Torragem Moagem

EXTRACTO DE MALTEÁGUA DE MALTEAcidificaçãoProteólise (enzimas endógenas e flora

microbiana)Amidólise

Aquecimento (75 °C) FiltragemFervura (lúpulo +

adjuvantes)Arrefecimento (16 °C)

MOSTO DE MALTE (+ leveduras selecionadas)

Respiração (liberta CO2)Fermentação (liberta diversas substâncias)

SedimentaçãoMaturaçãoCarbonatação

Engarrafamento


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Levedar com inoculação – adição de estirpes seleccionadas ou repicagem de massas, já levedadas, com resultados constantes e controlados.

Levedar da massa – o amido é o carbohidrato maioritário, pois as leveduras não

produzem amilases. As sementes contêm amilases endógenas mas o processo é lento. Para acelerar o processo é necessário a adição de amilases (a mais utilizada é Aspergillus oryzae).

Assim, o levedar da massa deve-se à acção das amilases, ocorrendo formação de mono- e dissacarídios assimiláveis pelas leveduras.

Os aromas da massa devem-se a ácidos, como o láctico e acético, alcoóis,

aldeídos, cetonas. Levedar das massas azedas – geralmente farinha de trigo, centeio e milho. Espécies

dos géneros: leveduras (Candida, Hansenula, Pichia, Rhodotorula, Saccharomyces, Torulaspora, Trichosporon, Zygosaccharomyces) e bactérias lácticas (Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus). Cada massa tem a sua população microbiana. A flora microbiana evolui durante o levedar da massa devido à produção de etanol, o que faz com que algumas espécies não sobrevivam.

Com este processo há uma produção substancial de ácidos orgânicos (ácido acético e láctico, de pH que varia entre 3,7 e 3,9) e de etanol. Há, então, a produção de uma grande diversidade de substâncias, que possuem um sabor característico. A produção dos ácidos faz com que a acidificação seja significativa.

O glúten é importante na elasticidade da massa, suportando-a após a deformação causada pelo dióxido de carbono.

Fórmula inicial (farinha + água + sal)

Amassar manualmenteFermentação a 30 °C

(previamente analisada)

Actualizada todas as 24 horas (massa + farinha +

água + sal)

Leveduras / Bactérias lácticas

Consumo (sacarídios + aminoácidos)

Acidificação (liberta CO2 que deforma a massa)

GlútenAlteração na estrutura

molecularElasticidade da massa


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COGUMELOS VENENOSOS E ALUCINOGÉNICOS

Síndromas Principais Síndromas de desenvolvimento lento – os sintomas surgem horas ou dias, depois da

ingestão do cogumelo. Possui uma mortalidade elevada.

Síndroma faloidiana (8-12 horas);

Síndroma da orelanina (2-17 dias);

Síndroma da giromitrina (6-12 horas). Síndromas de desenvolvimento rápido – os sintomas surgem minutos, depois da

ingestão do cogumelo. Possui uma mortalidade baixa.

Síndroma panterínica (embriaguez) (30-120 minutos);

Síndroma alucinogénica (10-30 minutos);

Síndroma da muscarina (10-30 minutos);

Síndroma dos coprinus (5-10 minutos);

Síndroma gastrointestinal (15-20 minutos).

Síndromas Principais – Síndroma faloidiana Envolvido na grande maioria dos envenenamentos fatais na europa, através da

ingestão de Amanita phalloides. Principais espécies responsáveis na Europa: Amanita phalloides, Amanita virosa,

Amanita verna, Galerina autumnalis, Galerina marginata, Lepiota helveola, Lepiota castanae, Lepiota josserandii, Lepiota pseudohelveola.

Toxinas envolvidas:

Amatoxinas – peptídios cíclicos, constituídos por 8 resíduos de aminoácidos (α-amanitina, β-amanatina, Υ-amanatina, ε-amanatina, amanina, amaninamida, amanulina, ácido amanulínico, proamanulina). Inibem a síntese do mRNA nas células eucarióticas, por ligação à enzima RNA polimerase II, causando um bloqueio da síntese proteica;

Falotoxinas – peptídios cíclicos, constituídos por 7 resíduos de aminoácidos (faloidina, faloína, profaloína, falicina, falacina, falicina, falacidina, falisacina). Ligam-se às proteínas da membrana citoplasmática, causando a desintegração da sua estrutura. As falotoxinas e as virotoxinas ligam-se aos filamentos de actina-F, impedindo a sua despolimerização;

Virotoxinas – peptídios cíclicos, constituídos por 7 resíduos de aminoácidos (viroidina, aloviroidina, desoxoviroidina, [Ala]1-viroidina, [Ala]1-desoxoviroidina, viroisina, desoxoviroisina).

Sinais e sintomas (Síndroma trifásica):

Fase gastrointestinal – cólicas abdominais muito fortes, vómitos, diarreia líquida abundante e com sangue. Os sintomas podem ser confundidos com os de uma gastroenterite vírica ou bacteriana;

Fase de aparente melhoria – os sintomas anteriores desaparecem;

Fase terminal – reaparecimento das cólicas abdominais e da diarreia líquida, juntando-se a icterícia, a insuficiência renal, encefalopatia hepática, confusão mental, delírio, convulsões e coma.

Prognóstico – a mortalidade tem vindo a diminuir, nas últimas décadas, pela utilização do transplante de fígado.


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Síndromas Principais – Síndroma da Orelanina Muitas das espécies responsáveis por este síndroma foram consideradas, durante

muito tempo, como comestíveis. Principais espécies responsáveis na Europa: Cortinarius orellanus, Cortinarius

speciosissimus. Síndromas Principais – Síndroma Panterínica (Embriaguez)

Síndroma semelhante ao causado pela embriaguez alcoólica. O basidiocarpo de Amanita muscaria apresenta actividade insecticida (daí deriva o seu

nome), pela presença de 1,3-dioleína. Síndroma semelhante ao da ingestão de plantas com atropina (Datura stramonium,

Atropa bellanona). Principais espécies responsáveis na Europa: Amanita pantherina, Amanita muscaria.

Síndromas Principais – Síndroma Alucinogénica Acidental em alguns casos, mas geralmente deliberada, pela ingestão de cogumelos

com propriedades alucinogénicas. Na maioria dos países, a posse ou venda de qualquer cogumelo ou preparação,

contendo psilobicina ou psilocina, é ilegal. Na Europa e nos EUA, o consumo de cogumelos alucinogénicos é marginal comparado

com o das drogas sintéticas. Principais espécies responsáveis na Europa: Psilocybe cyanescens, Psilocybe

semilanceata, Panaeolus ater, Panaeolus fimicola, Panaeolus foenisecii, Panaeolus papilionaceus, Panaeolus sphinctrinus, Panaeolus subalteatus, Panaeolus aeruginascens, Panaeolus coelestium, Panaeolus corydalina, Panaeolus haemacta, Gymnopilus spectabilis, Pluteus salicinus.


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COGUMELOS COMESTÍVEIS E MEDICINAIS

Cogumelos Comestíveis Cogumelos que podem ser selvagens ou cultivados, industrialmente. Cogumelos cultivados (industrialmente) – possuem importância económica: Agaricus

bisporus, Agaricus bitorquis, Lentinula edodes, Pleurotus sp., e também, Auricularia polytricha, Auricularia auricula, Volvariella volvacea, Flammulina velutipes, Tremella fuciformis, Pholiota nameko. Cultura industrial de Agaricus:

Preparação do composto – palhas, estrume, azoto inorgânico até 1,5-2,0% ;

Compostagem – ao ar livre ou em estufa, através de uma fermentação espontânea, que induz a degradação de carbohidratos microbianos;

Pasteurização do composto – desinfecção do composto (eliminação da flora microbiana);

Preparação do inóculo – seleccionadas espécies Agaricus. As variedades diferem na forma e cor do basidiocarpo, afectando a productividade, a resistência a doenças e a qualidade para a sua conservação. As culturas puras, possuem, nos meios, sementes de cereais estéreis;

Inoculação do composto e incubação – junta-se o com o fungo inoculado. Colonização do substracto, pelo fungo;

Cobertura – indispensável para “abafar” o composto. É colocada uma camada de terra (constituída por turfa, argila, areia, carbonato de cálcio) de cobertura, em determinado pH, que foi previamente desinfectada;

Pós-cobertura – existe rega abundante e ventilação da estufa. A temperatura desce e há colonização da camada de cobertura, ao fim de alguns dias;

Indução da frutificação – indispensável que haja arrefecimento e arejamento. A temperatura deve descer e o CO2 tem de ser controlado. As primeiras frutificações aparecem, alguns dias após o arrefecimento;

Colheita – durante algumas semanas, mas o calibre vai diminuindo. Esta técnica permite a realização de 3 / 4 culturas por ano.

Cogumelos Medicinais Este tipo de cogumelos é utilizado há muito tempo no oriente, nomeadamente as

espécies Flammulina velutipes, Ganoderma lucidum, Grifola frondosa, Lentinula edodes, Schizophyllum commune, Trametes versicolor, que são utilizadas em produtos comerciais.

Efeitos terapêuticos principais: anti-carcinogénico; anti-inflamatório; anti-microbiano; e anti-hiperlipidemia.

Efeito anti-carcinogénico – principais substâncias com actividade anti-tumoral:

Β-D-glucanas – Lentinano (Lentinula edodes) a mais importante e, também, schizophilano (Schizophyllum commune), glucana (Auricularia auricula-judae) e grifolano (Grifola fondosa);

Heteropolissacarídios;

Glicoproteínas;

Proteínas;


79

MICOTOXINAS E MICOTOXICOSES

Micotoxinas Micotoxinas – compostos ou metabolitos, produzidos por fungos. São substâncias

tóxicas ou que possuem outros efeitos, igualmente adversos. São metabolitos secundários cujas funções, na célula fúngica, se desconhecem. As substâncias tóxicas dos cogumelos venenosos não se englobam no grupo das micotoxinas.

As micotoxinas são, em geral, menos potentes que as toxinas bacterianas. No entanto, enquanto as toxinas bacterianas actuam por toxicidade aguda, as micotoxinas actuam por toxicidade crónica. O seu efeito de toxicidade é muito variável em animais de laboratório

A mesma espécie de fungo pode produzir diferentes micotoxinas e, também, uma dada micotoxina pode ser produzida por várias espécies de fungos.

A produção de micotoxinas por uma dada espécie depende das condições de crescimento, como o substrato, o meio de cultura (in vitro), a temperatura e a humidade.

Principais fungos produtores:

Aflatoxinas: Aspergillus flavus, Aspergillus nomus, Apergillus parasiticus;

Zearalenonas, Tricotecenos, Moniliforminas, Fumonisinas: diversas espécies de fusários (Fusarium culmorum, Fusarium equiseti, Fusarium moniliforme, Fusarium oxysporum, Fusarium proliferatum, Fusarium sporotrichioides);

Ocratoxinas, Ácido penicílico, Patulina, Citrinina: diversas espécies de aspergilos e penicílios (Apergillus ochraceus, Aspergillus terreus, Penicillium citrinum, Penicillium cyclopium, Penicillium expansum, Penicillium verrucosum, Penicillium viridicatum).

A produção de micotoxinas, por aspergilus e penicílios, ocorre tipicamente em produtos armazenados, mesmo a temperaturas baixas e humidade relativa reduzida. Mas estas micotoxinas não estão envolvidas na fitopatogenicidade, das espécies produtoras.

Pelo contrário, a produção de micotoxinas por fusários, ocorre tipicamente no campo. Os fusários são vulgares e disseminados na natureza como saprófitos e parasitas de plantas selvagens e cultivadas, não sendo então considerados fungos de produtos armazenados.

Em termos gerais, a temperatura óptima para o crescimento e produção de micotoxinas segue a seguinte ordem: Aspergillus (tropical) > Penicillium (temperado) > Fusarium (temperado frio).

Parâmetros de toxicidade das micotoxinas:

Mutagenicidade – capacidade para induzir mutações (Salmonella typhimurium)

Teratogenicidade – capacidade para induzir malformações no feto (pintaínho).

Carcinogenicidade – capacidade para induzir carcinomas (ratinho).

Mutagenicidade Teratogenicidade Carcinogenicidade

Aflatoxinas + + +

Zearalenona + - +

Tricotecenos - + -

Moniliforminas ? ? ?

Fumonisinas - - +

Ocratoxinas + + +

Ácido penicílico + - +

Patulina + + +

Citrinina - - +

Micotoxicose

Micotoxicose – doença aguda causada pela ingestão de micotoxinas que se encontram, principalmente, em alimentos deteriorados pelo crescimento de fungos toxigénicos.


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Nos alimentos contaminados, normalmente, coexistem diversas micotoxinas. As micotoxicoses são, portanto, causadas simultaneamente por várias micotoxinas.

Características gerais e procedimentos de investigação:

A patologia não é transmissível;

A terapia medicamentosa não cura, mas pode aliviar os sintomas;

Deve ser identificado o alimento responsável (detectada a causa);

No alimento responsável, devem ser detectadas as micotoxinas envolvidas e isolados os fungos produtores.

No entanto, os fungos responsáveis podem não ser isoláveis naquele momento, devido à proliferação de outros fungos ou ao colapso dos fungos produtores.

A presença de fungos toxigénicos num alimento, não significa, necessariamente, a presença de micotoxinas, bem como a ausência de fungos toxigénicos num alimento, não significa necessariamete a ausência de micotoxinas, dado que estas podem persistir por muito tempo depois do desaparecimento dos fungos produtores.

Doença X dos perús – observou-se, primeiramente, em perús sem se conhecer a causa. Posteriormente, a mesma patologia observou-se em animais domésticos, galinhas, patos e porcos. Da investigação destes casos, concluiu-se que todos os animais afectados tinham ingerido uma determinada ração de amendoim, proveniente do Brasil. Nesses amendoins foi detectado Aspergillus flavus e aflatoxinas.

Guerra microbiológica (“Chuva Amarela”) – utilização de tricotecenos em guerras no sudoeste asiático, contra populações no Laos e Camboja. Estas substâncias era pulverizadas por aviões, e caiam sob a forma de partículas amarelas, viscosas e semi-sólidas, afectando uma parte da população. Os sintomas típicos de intoxicação por tricotecenos (vómitos, fiarreia, hemorragias internas) persistem horas e até dias. Nos sobreviventes surgiram infecções secundárias na pele, vulgarmente, o parecimento de fungos. Para comprovar a causa, foi necessário a pesquisa de tricotecenos, através da análise de amostras recolhidas nas regiões. As amostras foram submetidas a uma cromatografia gasosa e a uma espectrometria de massa:

Amostra 1 (folha e caule de plantas, das zonas de ataques) – detectado T-2, desoxinivalenol, nivalenol,

Amostra 2 (água recolhida, do local da amostra 1) – detectado desoxinivalenol;

Amostra 3 (raspagem de rochas, após ataques) – detectado T-2 e diacetoxiscirpenol;

Amostra 4 (sangue, soro e urina das vítimas dos ataques);

Amostras controlo (locais não pulverizados) – resultados negativos. Efeitos comprovados das micotoxinas:

Aflatoxinas – cancro do fígado (animais / Homem);

Zearalenonas – hiperestrogenismo / esterilidade (animais);

Tricotecenos – vómitos, diarreia, hemorragias internas (animais / Homem);

Moniliforminas – lesões no aparelho circulatório (animais);

Fumonisinas – leucoencefalomalacia dos equídeos, Edema pulmonar do porco, Lesões nos rins das ovelhas, Cancro do fígado do ratinho (animais);

Ocratoxinas – nefropatia / disfunção renal (animais);

Ácido penicílico – lesões no fígado, rins e tiróide (animais);

Patulina – lesões nos rins, fígado, pulmões, cérebro e baço (animais);

Citrinina – nefropatia / disfunção renal (animais).


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LÍQUENES

Líquenes Líquenes – associação estável e permanente entre um micobionte e um fotobionte. Esta associação é antiga, pois ambos os seres evoluíram em conjunto, constituindo um

grupo polifilético, com associação por várias vezes, formando-se pouco tempo após a criação da linha evolutiva dos ascomicetos.

Os dois organismos são inter-dependentes, mas a sua associação não é estritamente obrigatória, no entanto o micobionte não vive livre na Natureza.

A sua nomenclatura, sistemática e taxonomia são definidas pelo micobionte (segundo o código internacional de nomenclatura botânica).

O talo é definido pelo micobionte. No entanto, sem a presença do fotobionte, o talo não se estabelece.

A grande maioria das espécies possui apenas 1 microbionte e 1 fotobionte. Mas algumas espécies possuem 1 micobionte e vários fotobiontes, sendo o segundo fotobionte um cefalódio (géneros Lobaria, Placopsis, Psoroma, Stereocaulon).

Re-Síntese Liquénica

Etapas:

Separar o organismo micobionte, do fotobionte;

Cultivar separadamente, os organismos, in vitro;

Juntar ambos os organismos e obtém-se o talo liquénico.

A última etapa deve ser realizada em meios de cultura muito pobres, pois em meios de

cultura ricos, o micobionte prolifera e destrói o fotobionte. É, também, necessário a existência de uma alternância entre luz e escuridão e entre humidade e secura, de modo que as condições da Natureza, sejam simulados.

Micobiontes que Ocorrem nos Líquenes

98% dos líquenes têm ascomicetos. 46% dos ascomicetos são líquenes. 0,4% dos líquenos têm basidiomicetos. 1,6% dos líquenes têm deuteromicetos. Nos ascomicetos, das 46 ordens existentes, 16 delas contêm líquenes, e inclusivé 4

delas têm exclusivamente líquenes. 90% dos líquenes têm clorófitas (25 géneros). 10% dos líquenes têm cianobactérias (15

géneros). Clorófitas – mais vulgares são a Trebouxia (unicelulares com cloroplasto central

estrelado, mas que não ocorre livremente na Natureza), Trentepholia (filamentosa com glóbulos carotenóides), Myremecia, Coccomyxa, Cephaleuros.

Cianobactérias – mais vulgares (Nostoc, Calothrix, Gloeocapsa, Scytonema, Stigonema).

Tipos Morfológicos Crustáceo – talo com crosta aplanada, que está intimamente aderente ou mesmo

imerso no substrato (solo ou rochas), através de ritidomas. Fruticuloso – semelhante a um pequeno arbusto, erecto ou pendente, na sua maioria

com organização radial. Foliáceo – laminar, achatado, membranoso, parcialmente aderentre ao substrato,

através de rizinas ou umbigo central, possuindo, na sua maioria, uma organização dorsiventral. Existe, também, o tipo morfológico Pulverulento.

Composição do Talo

Indução da separação do

micobionte e do fotobionte

Componente fúngicaProliferação em

cultura

Componente algalProliferação em

cultura

Junção dos dois organismos

Reconstituição do talo


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Tecidos Fúngicos Na maioria dos líquenes o micobionte possui tecidos bem organizados. O tipo de

tecido, depende da ramificação e anastomose de hifas, para além da gelatinização e fusão das paredes.

Tecido araquenóide – hifas entrecruzadas num arranjo frouxo. Tecido fastigiado – hifas paralelas, num arranjo compacto, com direcção

perpendicular, à superfície. Tecido fibroso – hifas paralelas com uma parede, extensivamente, soldada. Tecido pseudoparenquimatoso – células curtas e isodiamétricas, com paredes soldadas Tecido prosoplectênquimatoso – paredes muito gelatinizadas, que estão,

extensivamente, soldadas.

Camadas Estruturais Córtex – camada superficial, com tecido pseudoparenquimatoso ou

prosoplectenquimatoso. Funções: protecção mecânica, defesa contra predadores e protecção do fotobionte a radiação excessiva. Externamente, pode possuir:

Epicórtex – substâncias excretadas pelo córtex;

Camada epinecrógena – células mortas;

Pruína – depósito de carbonato de cálcio. Camada algal – geralmente, encontra-se subjacente ao córtex, estando as hifas do

micobionte em contacto íntimo com as células do fotobionte. Possui:

Haustório intracelular – perfuração da parede celular, com uma invaginação na membrana citoplasmática. Mais frequentes, em líquenes crustáceos;

Haustório intraparietal – invaginação na parede celular (pseudohaustório). Mais frequentes, em líquenes crustáceos;

Apressório – região em contacto directo com a camada algal. Mais frequentes, em líquenes foliáceos e fruticulosos.

Medula – camada interna, com tecido araquenóide e um reservatório de água. Substâncias liquénicas, sob a forma de incrustações nas paredes celulares.

Eixo interno – camada interna constituída por tecido fibroso e com elevada rigidez no talo.

Organização Interna

Desorganizados – sem camadas (Homoiómero) (Collema e Placvnthium). Organizados em camadas (Heterómero):

Radial – talos fruticulosos (Usnea sp., Ramalina sp.);

Dorsiventral – talos foliáceos e crustáceos.

Estruturas Vegetativas Rizinas – órgãos de fixação ao substrato. Constituído por tecido prosoplectênquima e

com uma morfologia muito diversa. Em diversos géneros é uma estrutura importante na sua identificação, logo é taxonomicamente relevante.

Cifelas e pseudocifelas – depressões no córtex.

Cifelas – abertura organizada, com o córtex (Sticta);

Pseudocifelas – abertura que expõe a medula (Punctellia e Pseudocyphellaria). Sorálios – massa de sorédios (corpúsculo do micobiote e fotobionte, sem córtex).

Constitui o principal agente dispersante dos líquenes. Pode ser laminar, marginal, terminal, eruptivo ou escavado.

Isídios – proturberâncias cilíndricas que constituem prolongamentos do talo, revestidos pelo córtex. Após o seu destacamento, dá origem a propágulos vegetativos.


83

Trocas Micobionte – Fotobionte Fotobionte – autotrófico e fotossintético. Micobionte – heterotrófico. Transferência de carbono do fotobionte, para o micobionte (em Trebouxia (clorófita)

sob a forma de ribitol, em Trentepohlia (clorófita) sob a forma de eritritol e em Nostoc (cianobactérias) sob a forma de glucose). Esta transferência só ocorre na simbiose, pois se separados, o fotobionte não liberta carbono.

Dada a proporção de massa entre o fotobionte/micobionte, a maioria do produto fotossintético é consumido ou armazenado, pelo micobionte (argumento do parasitismo).

Assim, o micobionte vai converter Ribitol / Eritritol / Glucose em Arabitol / Manitol. Estes produtos são, minoritariamente, consumidos, mas maioritariamente, armazenados.

Desta forma, os micobiontes possuem elevadas concentrações de arabitol e manitol (em peso seco), cujas vantagens se traduzem na resistência à desidratação e a temperaturas extremas, onde são um elemento decisivo para a sobrevivência, de ambos os organismos.

Estruturas Reprodutoras Sexuais

Maioria dos líquenes ascomicetos e discomicetos, formam apotécios, mas podem também formar, num estroma, um número restrito de peritécios.

Apotécios:

Lecanorinos – o córtex superior possui continuidade com a camada algal;

Lecedíno – o córtex não tem continuidade com a camada algal. Peritécios – ascostromas. Picnídios – agrupamentos de conidióforos.

Simbiose versus Parasitismo Simbiose – ambos beneficiam. Parasitismo – um dos organismos explora o outro. Argumentos a favor da interpretação simbiótica:

Benefícios para o micobionte – fonte de carbono “grátis”;

Benefícios para o fotobionte – protecção da radiação solar (o fotobionte nunca é superficial) e contra a dissecação (a medula armazena grande quantidade de água), reciclagem do CO2 uma vez que o córtex é pouco permeável (concentração de CO2 no interior do talo é elevada, o que leva a uma maior taxa fotossintética).

Substâncias Liquénicas

Metabolitos secundários sintetizados pelo micobionte. Estas substâncias são insolúveis em água, mas solúveis, em solventes orgânicos. Formam depósitos à superfície das hifas. A maioria é sintetizado pela medula, mas uma minoria também é sintetizada pelo córtex.

Foram identificados centenas de compostos diferentes, que também são sintetizados

pelos micobiontes, isoladamente.

Identificação Através da morfologia dos cristais, de testes coloridos, de cromatografias e de outros

métodos de análise.

Oxalato de cálcio depositado pelo

líquene para sobreviver a

condições hostis

Camada externa de protecção contém

polissacarídios, com água absorvida e

nutrientes dissolvidos. Filtros de luz protegem a camada algal, do

excesso de luz solar

Alga verde fotossintética. Camada mais

externa da alga, em contacto com

proteínas fúngicas

permitem que permaneça seca

Açúcar é produzido pela

alga e passa para o fungo onde é

armazenado sob a forma de manitol

Hifas do fungo rodeadas por substâncias

liquénicas e proteínas que repelem a água, se o

líquene ficar muito molhado não consegue

realizar fotossíntese, eficientemente. No

entanto é necessário que os gases sejam capazes

de entrar e sair do líquene

Pigmentos castanhos, tipo melanina, estão

também presentes,

possuindo no seu interior, água e

nutrientes dissolvidos


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Funções Quelatação metais – modulação e absorção de metais fisiológicos (Na, K, Mg, Ca) e

sequestração de metais tóxicos (Pb, Hg, Zn, Cu). Impermeabilização do córtex e medula – são hidrofóbicas, logo diminuem a perda de

água, pelas hifas. Regulação metabólica – algumas enzimas, de substâncias liquénicas, podem regular /

controlar o fotobionte. Defesa de predadores e parasitas – substâncias liquénicas actuam, devido à sua

actividade antimicrobiana, alelopática e antiherbívora: evitam o parasitismo de bactérias gram-positivo e fungos, mas não totalmente (frequente em fungos parasitas de líquenes); capturam pequenos animais; protecção da germinação de esporos e sementes.

Regulação da absorção da radiação – protecção de diversas formas, inclusivé a absorção de raios ultra-violeta. Também regulam a atranorina, que absorve a radiação ultra-violeta, e emite-a com o comprimento de onda, de 425 nm.

Líquenes como Corantes

Corantes extraídos, com água fervente – dépsidos e depsidona (β-orcinol). Apresenta uma cor amarelo / castanho / ferrugem. Fervura de roupa / fibras + líquenes (algumas horas).

Corantes de fermentação – dépsidos e depsidonas (orcinol). Produzem uma cor púrpura / vermelha. Realiza-se com fibras + líquenes + amoníaco (temperatura ambiente).

Técnicas de Datação de Líquenes / Subtratos

Observação / medições directas – através da fotografia aérea e satélite. Documentos antigos – Através de descrições, pinturas e gravuras, mas é necessário

uma análise crítica dos textos. Muitas vezes pode ser subjectivo ou baseado em lendas. Dendrocronologia – serve para verificar o tempo e colonização. Datação de árvores

mais velhas nas moreias terminais, onde através do número dos seus anéis, permite o cálculo da idade mínima. No entanto, como existe um certo tempo entre o solo descoberto e o estabelecimento das árvores, é apenas possível ser determinado o tempo de colonização por substratos conhecidos.

Liquenometria – datação de líquenes mais velhos em moreias terminais. Permite assumir a colonização, após as rochas serem descobertas pela neve. Isto deve-se ao facto de os substratos, geralmente, serem colonizados alguns anos após a sua exposição. O tempo entre a exposição e a colonização é dado pelo clima, substrato e líquene.

Os líquenes crustáceos são os mais utilizados (aparecem em substratos pétreos), por serem espécies com crescimento muito lento. Rhizocarpon sp. é dos líquenes mais utilizados. A datação de líquenes em monumentos, serve para confirmar datas de registos históricos.

Nos glaciares aparecem Moreias, que têm vindo a sofrer um recuo, na maioria dos glaciares de todo o mundo, sendo a principal causa do aquecimento da atmosfera. Na realidade, existe um desfasamento, de alguns anos, entre o aquecimento e o recuo dos glaciares, mas a extensão do recuo reflecte o aquecimento atmosférico. As moreias terminaris são muito importantes na datação, pois são proxys da temperatura atmosférica.

Calibração – substratos semelhantes ao que se pretendem datar, que constituam dados de idade inquestionáveis (em substratos de idade já conhecida, como campas de cemitério). É necessário seleccionar talos de contornos regulares e medir o diâmetro de todos os talos, das espécies seleccionadas. Posteriormente, para cada espécie, elabora-se um gráfico diâmetro vs tempo. Para cada tempo, escolhe-se o maior (ou a sua média). Traçar a curva de crescimento pelos maiores talos, ou seja, pelo líquene mais antigo, de cada espécie.

Medição de líquenes em novas superfícies – em superfícies para datação são medidos todos os talos das espécies seleccionadas.

MÉTODOS

ABSOLUTOS

MÉTODOS

QUASE

ABSOLUTO

Interpolação (determinação da idade do líquene no substrato) – utilizando as curvas de crescimento faz-se uma interpolação (e não extrapolação, pois a taxa de crescimento varia entre os anos, devido ao clima) de forma a ser calculada a idade dos talos.

Da interpolação resulta a determinação da idade do líquene e do substracto, através do líquene mais velho, pois é o que terá uma idade mais semelhante e aproximada ao da exposição, assumindo que a superfície foi colonizada, logo após a sua exposição.

Documents

Microbiologia-e-Biologia Dos Fungos.pdf