1
A Diversidade dos Microrganismos:
Os microrganismos encontram-se largamente difundidos em quase todos os ambientes.
Como qualquer colecção de organismos, os microrganismos podem ser agrupados baseados em certas características, assim podemos encontrar:
• Bactérias (1)• Fungos(2)• Protozoários(3)• Algas(4)• Virús(5)
1 4
352
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
2
A Diversidade dos Microrganismos:
O que têm os microrganismos em comum ?
– Tamanho microscópico.
Em que podem diferir ?
– Forma– Organização celular
• Procariotas• Eucariotas• Acelulares
– Metabolismo
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
3
Microrganismos Procariotas:
Características:
•Sem membrana nuclear material genético disperso no citoplasma.
•De grande simplicidade possuem poucos organelos:
•Ausência de organelos com membrana
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
4
Microrganismos Procariotas:
Bactérias:
•Seres de dimensões 0.5-2.0 um
•Procariotas
•Unicelulares
•Reproduzem-se assexuadamente por fissão binária
•Apresentam formas variadas
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
5
Formas das bactérias:
Existem muitos tamanhos e formas variadas entre as bactérias:
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
6
Organização das células eucariotas:
As células eucariotas são mais complexas:
•Possuem um núcleo diferenciado com membrana nuclear
•E o citoplasma encontra-se dividido por um complexo sistema de membranas
Célula animalCélula vegetal
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
7
Microrganismos Eucariotas:
Fungos:
•leveduras
•Tamanho 5-10um
•Eucariotas
•Unicelulares
•Reproduzem-se assexuadamente, gemulação ou processos sexuados
•Bolores:
•Tamanho 2-10um
•Eucariotas
•Pluricelulares
•Reprodução sexuada e assexuada
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
8
Microrganismos Eucariotas:
Protozoários:
•Tamanho 2.0-200um
•Eucariotas
•Unicelulares
•Reprodução sexuada e assexuada
Algas:
•Tamanho > 1.0 um
•Eucariotas
•Unicelulares e pluricelulares
•Fotossintéticos
•Reprodução sexuada e assexuada
Paramécia
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
9
Microrganismos acelulares- Virús
Virús:•Tamanho 0.05-0.2 um (pelo seu tamanho muitos só pode ser visionado em microscópio electrónico)
•Acelulares
•Estrutura muito mais simples que a das bactérias
•Contêm apenas um único tipo de material genético DNA ou RNA
•Ausência de organelos celulares
•Parasita intracelular obrigatório
•Apresenta diversas formas
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
10
Formas dos virús:
A forma como as proteínas se agregam dá a forma ao vírús:
– Poliédrica– Helicoidal– Binária ou complexa
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
11
A célula como a unidade estrutural da vida
Teoria celular-(1838-1839 Mathias Schleiden e TheodorSchwann) as células são as unidades estruturais e funcionais básicas de todos os organismos.
Organismos unicelulares- constituído por uma única célula, todos os processos vitais ocorrem dentro da célula.
Organismos pluricelulares- quando um organismo contém muitas células, em formas de vida superior, como as plantas e os animais, estas células encontram-se arranjadas em estruturas chamadas tecidos ou orgãos, com funções específicas.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
12
A célula como a unidade estrutural da vida
Todos os organismos, unicelulares ou pluricelulares, apresentam as seguintes características:
1. Reprodução2. Utilização de alimento como fonte de energia3. Síntese de substâncias e estruturas celulares4. Excreção de substâncias5. Resposta a alterações ambientais6. Mutações, que são alterações súbitas em suas
características hereditárias, embora ocorram raramente.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
13
Classificação dos organismos vivos
A necessidade de organizar a grande quantidade e variedade de organismos é uma característica do Homem
Tenta coloca-los em grupos baseados nas suas semelhanças.Surge a ciência TAXONOMIA.
A Taxonomia compreende:– Classificação- arranjo– Nomenclatura- nome– Identificação- descrição e caracterização
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
14
ArchaeobacteriaEubacteriaEucariyotes
Woese(1977)
Algas multicelulares, plantasAnimaisProtozoários, algas, Bolores e levedurasTodas as bactérias
PlantaeAnimaliaProtistaFungiMonera
Whittaker(1969)
Algas multicelulares, plantasAnimaisMicrorganismos, incluindo Bactérias, protozoários, algas, Bolores e leveduras
PlantaeAnimaliaProtista
Haeckel(1865)
Bactérias, fungos, algas, plantas, Protozoários e animais superiores
PlantaeAnimalia
Linnaeus(1753)
Organismos incluídosReinosEsquema de classificação
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
15
Bactérias que produzem gás metano, requerem altas concentrações de sal ou requerem altas temperaturas
Todas as outras bactérias incluindo aquelas mais familiaresaos microbiologistas, tais como causadores de doenças, bactérias do solo e da água e bactérias fotossintéticas
Protozoários, algas fungos, plantas e animais
Archaeobacteria
Eubacteria
Eucariyotes
Woese(1977)
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
16
Classificação dos microrganismos
Informações utilizadas para caracterizar os microrganismos:
– Características morfológicas: tamanho, forma e arranjo das células- determinados por vários tipos de microscopia e por diferentes tipos de coloração
– Características nutricionais e culturais: conheciemnto das necessidades nutricionais dos microrganismos e condições físicas necessárias ao seu crescimento
– Características metabólicas: conhecimento do metabolismo-existem vários testes laboratoriais que podem determinar a actividade metabólica dos microrganismos
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
17
Classificação dos microrganismos
Informações utilizadas para caracterizar os microrganismos:
– Características antigénicas: um antigénio é uma substância que estimula a produção de um anticorpo quando injectado num animal. A presença de antigénios específicos em culturas bacterianas são usados para caracterizar os micorganismos.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
18
Características Morfológicas - Tamanho
–Tamanho• Procariotas- < 2 um em diâmetro• Eucariotas- >2 a 100um
A maior parte dos procariotas tem tamanhos que variam entre 0.1-0.2 um em diâmetro e muito poucos têm um diâmetro igual ou superior a 50um.
O tamanho afecta as propriedades biológicas das células:–velocidade das trocas de nutrientes –velocidade com que os produtos de excreção saem da célula, factor esse que influencia as taxas de metabolismo e taxas de crescimento.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
19Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
20
Características Morfológicas – Forma
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
21
Características Morfológicas - Arranjo
As células das bactérias podem ainda ser caracterizadas segundo o arranjo que está dependente do plano em que ocorre a divisão:
A maior diversidade de arranjos ocorre nos cocos:
•Pares- diplococos
•Grupos de 4- tetradas
•Grupos mais complexos- sarcina
•Em blocos irregulares- cachos
•Em cadeias- streptococos
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
22
Características Morfológicas - Arranjo
Ao contrário dos cocos os bacilos apresentam poucos arranjos de células uma vez que só têm um plano de divisão.Assim podem formar os seguintes arranjos:
•Pares- diplobacilos•Cadeias- streptobacilos
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
23Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
24
Morfológia das células procariotas: flagelos, filamentos axiais
Apêndices pili, fímbrias
glicocálice(cápsulaa)parede celular
Célula Prócariota Estruturas envoltórias membrana celular
citoplasmaribossomas
Protoplasma mesossomasgranulaçõesnucleoide/material genético
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
25
Morfológia das células procariotas:
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
26
Morfologia das células procariotas
Estruturas externas à parede celular:
– Glicocálice– Fagelos– Filamentos axiais– Fímbrias – Pili
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
27
Estruturas externas à parede celular-Glicocálice:
Glicocálice- polímero viscoso e gelatinoso que está situado externamente à parede celular.
• Formada por várias unidades de polissacarídeos, ou proteínas ou de ambos.
O glicocálice pode diferenciar-se nas seguintes estruturas:
• Camada viscosa- slime layer-estrutura não organizada e pouco aderente à parede celular (fácilmente removivel)
• Cápsula-estrutura organizada e fortemente aderente à parede celular.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
28
Estruturas externas à parede celular-Glicocálice
Glicocálice desenvolve-se como uma cobertura de macromoléculas, está presente em algumas bactérias:
– B. Anthracis -> anthrax– S.treptococcus mutans -> cárie dentária, – S. pneumoniae -> pneumonia.
• Função:– Protecção da célula:
» fagocitose, » resistência ao ataque de outros elementos, » desidratação
– Confere virulência à bactéria– Contém antigénios potentes o que confere à bactéria
propriedades emunológicas muito definidas bacteriana– Função de aderência.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
29
Estruturas externas à parede celular- Glicocálice:
O glicocálice pode diferir de célula para célula na:– Organização– Espessura– Composição química
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
30
Estruturas externas à parede celular- Flagelos:
Flagelos são orgãos de locomoção de constituição semi-rígida constituídos por uma proteína a flagelina.
Constituídos por:• Corpo basal-(vários anéis)• Gancho• filamento
Função: • Locomoção
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
31
Estruturas externas à parede celular- Flagelos:
Diferenças encontradas na ultra-estrutura do flagelo de uma bactéria Gram – (a) e bactéria Gram + (b)
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
32
Estruturas externas à parede celular- Flagelos:
Os flagelos podem ter vários tipos de distribuição:•Monótrico- um flagelo polar• Lofótricos- dois ou mais flagelos num dos polos da bactéria
• Perítricos- distribuídos por toda a bctéria
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
33
Estruturas externas à parede celular- Flagelos:
Célula procariota-Cada flagelo funciona como um motor helicoidal semi-rígido que move a célula rodando sobre o corpo basal.
Células eucariotas- os flagelos movem-se por movimentos ondulatórios.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
34
Estruturas externas à parede celular- Filamentos Axiais:
Filamentos Axiais ou endoflagelos-feixes de fibrilas que têm origem nas extremidades das células, e formam uma espiral em torno da célula.
As espiroquetas são um grupo de bactérias que possui uma estrutura e mobilidade exclusiva.
A rotação dos filamentos axiais produz um movimento em espiral- movimento semelhante ao saca rolhas
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
35
Estruturas externas à parede celular- Fímbrias e Pili
Fímbrias-filamentos mais finos e curtos que os flagelos, a sua constituição química varia, mas na sua maioria contêm proteínas.
Função- aderência e fixação
Podem ter vários tipos de distribuição:
•Existem em grande número
•Podem ocorrer num dos pólos da célula
•Distribuídos ao longo de toda a superfície
Figura: E.coli, invade o intestino aderindo nas paredes do epitélio provocando a infecção intestinal
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
36
Estruturas externas à parede celular- Fímbrias e Pili
Pili-estrutura tubular rígida, constituída por sob-unidades proteicas de uma proteína denominada pilin.
•Mais longos que as fímbrias
•Um ou dois por célula
Função- transferência de material genético
Fímbrias Pili
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
37
Parede celular
Imediatamente abaixo do glicocálice, e por cima da membrana celular surge outra estrutura a Parede Celular.
Parede celular- estrutura complexa semi-rígida, constituída por:
– Peptidoglicano– Ácidos teicoicos– Polissacarídeos– Lipopolissacarídeos (LPS)– Proteínas– lipoproteínas
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
38
Parede celular
A Parede celular tem como função:
– Determinar a forma das células– Manter a forma das células– Proteger a célula contra choques osmóticos– Protecção contra substâncias tóxicas– Antigenicidade– Características imunológicas específicas– Locais de reconhecimento dos bacteriófagos
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
39
Parede celular- Coloração de Gram
Hans Christian Gram (sec.XIX) desenvolveu uma técnica de coloração- coloração de Gram que permite fazer a diferenciação entre dois tipos de células Gram+ e Gram-:
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
40
Parede celular- Coloração de Gram
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
41
Quadro comparativo da parede das Gram+ e Gram-
presenteausenteProteínas-porinas
Sempre presenteEm alguns casosEspaço periplasmáticopresenteausenteMembrana externa
LipopolissacarídeosLipoproteínasPeptidoglicano
PeptidoglicanoÁcido teicoicoÁcido lipoteicoico
Composição 8-11 nm20-80 nmEspessura 21Nº de camadas
Gram-Gram +Características
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
42
Parede das Gram+
• Parede espessa e homogénea constituída essencialmente por peptidoglicano
• Ácidos teicoicos- ligados ao peptidoglicano
• Estão carregados negativamente -> parede celular carregada negativamente
• Devido à sua carga electronegativa funcionam como transportadores de catiões (Ca2+ , Mg2+ )
• Regulam a actividade das autolisinas• Fonte de armazenamento de fósforo• São os principais antigénios da
superfície das Gram +• Ácidos lipoteicoicos-ligados aos
fosfolípidos• Polissacarídeos- açúcares neutros e
ácidos• Proteínas
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
43
Parede das Gram-
Parede mais complexa que as Gram+
• Camada de peptidoglicano muito fina (2 nm 1 a 2 camadas), encontra-se no espaço periplamático está ligado por ligações covalentes às lipoproteínas da membrana exterior
• Espaço periplasmático contém:• Grande concentração de enzimas degradativas• Proteínas de transporte• Enzimas de síntese do peptidoglicano• Moléculas fosforiladas
• Membrana externaIsabel Vieira / Gonçalo Almeida
44
Membrana Externa das Gram-• Estrutura em bicamada constituída por:
– Fosfolípidos– Proteínas- transporte de substâncias permeabilidade selectiva-
purinas– Lipoproteínas de Braun- ligação entre o peptidoglicano e a
membrana externa – Lipopolissacarídeos-molécula de grandes dimensões e bastante
complexa:– Lípidio A- endotoxina– Cerne polissacarídeo– Antigene O
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
45
Parede-Composição do peptidoglicano
• Rede macromolecular• Mucopolissacarídeo
composto polímero constituído por NAG e NAM-dois derivados de açúcares, ligados por uma ligação glicosídica B 1,4
• Pequeno grupo de aminoácidos
• Ácidos teicoicos- ligados ao peptidoglicano
• Ácidos lipoteicoicos-ligados aos fosfolípidos
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
46
Biossíntese do peptidoglicano
A biossíntese inclui várias etapas:
– Corte da parede –por autolisinas
– Inserção de novos grupos – Ligações peptídicas-
transpeptidação
Estão envolvidos dois transportadores durante a inserção de novos grupos:
– Uridine difosfato-UDP– Bactoprenol
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
47
Bactérias com outro tipo de parede celular:
Algumas bactérias podem não ter parede celular igual às Gram + ou Gram-. (Mycobacterium, Nocardia)
Este tipo de bactérias contém peptidoglicano e coram – Gram+ mas a estrutura da parede celular é composta por lípidos- ácidos gordos -ácido micólico o qual contribui para a patogenicidade.Esta grossa parede de ácidos gordos tem grande resistência a certos químicos e corantes- característica que está na base da coloração diferencial - ácido álcool resistente.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
48
Formas de bactérias sem parede celular:As bactérias podem perder a parede celular - este tipo de bactérias denomina-se de- formas L, podem surgir por:
– Mutação– Induzidas (lisozima, penicilina)
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
49
Citoplasma
Delimitado pela membrana citoplasmática encontra-se uma substância gelatinosa, densa que vulgarmente se denomina de citoplasma. É composto por:
– 80% de água- solvente– Proteínas - enzimas– Carbohidratos– Lipidos– Iões inorgânicos – Compostos de peso molecular muito baixo– Material genético– Ribossomas– Mesossomas– Granulações – depósitos de reserva
•Síntese celular
• Fonte de energia
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
50
Material genético
O material genético encontra-se disperso no citoplasma.– Nucleoide- área onde se encontra o material genético contém:
• uma longa molécula de DNA circular de dupla hélice
– pode existir uma pequena molécula de DNA circular de dupla hélice- Plasmídeo:
• Pode existir isolado ou incluso no DNA• Normalmente contém genes que não são cruciais
para o desenvolvimento normal da bactéria (condições normais)
• Em certas condições podem ser de grande importância para a sobrevivência das bactérias (genes- resistência a antibióticos, produção de toxinas, síntese de enzimas)
• Podem ser transferidos de uma célula para a outra
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
51
RibossomasFunção:Síntese proteica
•O citoplasma contém dezenas de milhares de ribossomas•Quanto maior for a actividade celular maior o número de ribossomas
– São compostos por duas subunidades (subunidade grande (50S) com duas unidades de RNAr e a pequena (30S) com uma unidade RNAr)
– São mais pequenos (70S) que os ribossomas das células eucariotas(80S)
– Vários antibióticos podem actuar ao nível dos ribossomas inibindo a síntese proteica
• Estreptomicina e gentamicina ligam-se à subunidade 30 S• Eritromicina e cloranfenicl ligam-se à subunidade 50S• Devido às diferenças entre os ribossomas das células procariotas e
eucariotas os antibióticos actuam selectivamente nos seus ribossomas sem afectar os ribossomas do hospedeiro.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
52
Granulações / Inclusões
Inclusões são depósitos de reserva.
Granulos metacromáticos- reserva de fosfatos inorgânicos, usados para a síntese de ATP.Podem ser encontrados em:
– Algas, – Fungos,– Protozoários,– Bactérias- Corynebacterium diphtheriae – causador da difteria
Granulos polissacarídeos- reserva composta essencialmente por glicogénio e amido.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
53
Granulações / Inclusões
Inclusões lipídicas-é essencialmente constituído por ácido poli-beta-hidroxibutírico(PHB)- característico das bactérias. Pode ser encontrado:
– Mycobacterium – Bacillus– Azotobacter, – Spirillum
Granulos de enxofre- servem como reservas de energia para as “bactérias do enxofre” Thiobacillus- obtêm energia oxidando o enxofre.
Carboxissomos- inclusões que contêm a enzima ribulose 1,5 difosfato carboxilase- enzima necessária para a fixação de dióxido de carbono durante a fotossíntese. Esta enzima é utilizada pelas bactérias que usam como única fonte de carbono o CO2 como por exemplo:
– Bactérias nitrificantes– Cianobactérias– Tiobacilos
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
54
Granulações / Inclusões
Vacúolos de gás- têm por função manter as células na profundidade adequada para que recebam quantidades de oxigénio, luz e nutrientes necessárias.
– Movimentar as células para cima e para baixo em resposta a factores ambientais
– Encontram-se essencialmente em procatiotas aquáticos-cianobactérias
Magnetossomas- inclusões de óxido de ferro, formadas por várias bactérias Gram negativas.•Funciona como um iman para movimentar as células em diferentes campos magnéticos•Decompõe o peróxido de hidrogénio que se forma nas células
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
55
Endosporos
Em certas situações de stress para a célula, algumas bactérias têm a capacidade de produzir uma estrutura especial denominada endosporo- ( esporo gerado dentro da célula)
Certas bactérias Gram + com capacidade de formar endosporos:– Clostridium, – Bacillus.
Os endosporos são estruturas muito resistentes:– Altas temperaturas– Dissecação– Radiações– Ácidos– Desinfectantes– Podem permanecer no estado de dormência durante milhares de
anos
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
56
Endosporos
Características:
Forma: eliptica ou esférica
Localização: central (a), terminal(b) ou subterminal (c)
Função: forma metabolicamente dormente que tem por função manter a sobrevivência, em condições adversas.
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
57Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
58
Endosporos
•Exospório cobertura mais externa do endosporo constituída por uma fina camada de proteínas
•Túnica interna (spore coat)- várias camadas constituídas por proteínas
•Cortex- constituído porpeptidoglicano
•Túnica externa (spore coat)
Os endosporos são formados por várias camadas que lhe conferem a grande resistência:
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
59
Endosporo- Quadro comparativo células vegetativas/endosporo
Baixa 10-25%Elevada 80-90%ÁguaresistentesensívelAcção da lisozimaelevadabaixaResistência química
Elevada (podem sobreviver a água fervente durante horas)
baixaResistência ao calor
ausentepresentemRNABaixo ou ausenteelevadoMetabolismo
baixaelevadaActividade enzimática
presenteausenteÁcido dipicolínico
elevadabaixaConcentração em cálcio
EndosporosCélulas vegetativasCaracterísticas
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida
60
Endosporo- GerminaçãoOs esporos podem permanecer dormentes por milhares de anos.
Germinação- processo pelo qual o esporo retoma o seu estado vegetativo.
Este processo dá-se quando o esporo encontra condições favoráveis.
•As enzimas destroem as camadas exteriores do endosporo
•A água entra permitindo que se inicie o metabolismo
Isabel Vieira / Gonçalo Almeida