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Caractetizacão da Estrutura e Função Celular

“Pequenos”

Pq tão pequenos? É vantajoso ser pequeno?

Limite: 0,15 µm

Importância de ser pequeno

Taxa metabólica varia com o tamanho. Em células muito grandes, os processos de captação podem limitar o metabolismo, tornando o organismo pouco competitivo em relação aos menores. Pequenas – maior área superficial em relação ao volume celular.

Implicações

• Células menores crescem mais rapidamente • Maior quantidade de células por unidade de nutrientes • Explica parcialmente as taxas de mutação e evolução mais rápidas em microrganismos • Maior facilidade de adaptação ambiental – ubíquos – ambientes extremos • População: 5.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 • Maioria não está na superfície da crosta • C-biomassa = plantas • N e P = 10x plantas

• Maior biomassa da Terra • Realizam processos fundamentais para outras formas de vida • Cianobactérias – oxigenação (surgimento de vida na Terra) • Ciclagem de Nutrientes (manutenção de vida na Terra) • Benéficos ou nocivos

Papel dos micro-organismos

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THE ENDOSYMBIOTIC THEORY

Reduced carbon

compounds + O2

High ATP

yield

Electron transport

Reduced carbon

compounds

Low ATP

yield

Fermentation

Aerobic bacterium

Anaerobic eukaryote

chain

Pyruvate

and O2

ATP

1. Eukaryotic cell surrounds

and engulfs bacterium.

2. Bacterium lives within

eukaryote cell.

3. Eukaryote supplies bacterium

with reduced carbon compounds.

Bacterium supplies eukaryote with

ATP.

Micro-organismos são unicelulares

• Composição química – Macromoléculas (95% p.s.) – proteínas, ácidos nucléicos, lipídeos e polissacarídeos • Não significa que vivem isoladas • Comunidades • Comunicação

• Interação (e até definição) com o ambiente (habitat) • Interação com animais e plantas

Principais características da vida celular

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Morfologia - forma

Primeira classificação – microscópios Limitações

“a forma segue a função”

Geneticamente direcionada e evolutivamente selecionada – adequação ambiental

Morfologia = forma celular

Organização – característicos de alguns gêneros

Cadeias de cocos – Ex. Streptococcus

Cubos tridimensionais – Ex. Sarcinas

Conjuntos “cacho de uva” – Staphylococcus

Bacillus Bordetella Clostridium Escherichia

Spirulina Staphylococcus Streptococcus Salmonella

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Dinophyceae – dinoflagelados – autotróficos na maioria Menor limitação

Estrutura celular

Proteção – delimitação do citoplasma Barreira de permeabilidade seletiva – capacidade de concentrar metabólitos e excretar dejetos Expessura de 6 a 8 nanômetros Transporte e sistemas de transporte – proteínas transmembrana – hidrofobicidade (G1) Relativamente fluida – óleo muito denso Reações bioquímicas produtoras de energia – prot. transm. – força próton motiva

Membrana Citoplasmática – Bacteria Funções Functions of Cell Wall

• Maintaining the cell's characteristic shape- the rigid wall compensates for the flexibility of the phospholipid membrane and keeps the cell from assuming a spherical shape

• Countering the effects of osmotic pressure

• Providing attachment sites for bacteriophages

• Providing a rigid platform for surface appendages- flagella, fimbriae, and pili all emanate from the wall and extend beyond it

• Play an essential role in cell division

• Be the sites of major antigenic determinants of the cell surface。

• Resistance of Antibiotics

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Estrutura de bicamada fosfolipídica – mosaico de proteínas

Ácidos graxos Glicerol-fosfato

Célula eucariótica – esteróis – rigidez

Célula procarióticas – hopanoides

Moléculas planas e rígidas

Archaea – mesma estrutura – diferença na ligação química entre isopreno (porção hidrofóbica no lugar de ácido graxo) e glicerol – ligação éter ao invés de éster.

Monocamada lipídica – Archaea - hipertermófilos

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Proteínas embebidas

Porção hidrofóbica interage com ácidos graxos Porção hidrofílica volta-se para exterior e citoplasma

Parede celular de procariotos - bactérias

Citoplasma com alta concentração de solutos – pressão osmótica Conferem resistência à lise, forma e rigidez Peptideoglicano

Discriminação – gram+ e gram-

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Diferenças entre as paredes das bactérias

gram-positivas e gram-negativas

Células gram+ e gram-

Células gram+ e gram-

Coloração de Gram

Médico dinamarquês

Hans Christian Gram – 1884

Doenças respiratórias - corar cortes de pulmão Certas bactérias também se descoravam pelo álcool

Emile Roux, em 1886 Dividiu as espécies bacterianas em Gram+ e Gram- para fins de identificação.

Mecanismo de ação

Estrutura e composição da parede celular bacteriana

Gram-positivas, a camada de PG é mais espessa, não há membrana externa ou espaço periplásmico.

Gram-negativas, a camada de PG é fina e envolvida pela membrana externa.

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O método consiste no tratamento sucessivo de um esfregaço bacteriano, fixado pelo calor, com os reagentes cristal violeta, lugol (iodeto de potássio), álcool e vermelho safranina

Passo 1: Preparar um esfregaço fino, secar ao ar e fixar na chama.

Passo 2: Cobrir com cristal violeta por 10 segundos. Enxaguar com água.

Passo 3: Cobrir com solução de iodo por 10 segundos. Enxaguar (coloração roxa devido ao complexo cristal violeta-iodo formado em seus citoplasmas).

Passo 4: Descorar com álcool e enxaguar.

Passo 5: Cobrir com safranina para contra-corar por 10 segundos

Passo 6: Enxaguar e secar

Apenas as células Gram-negativas retêm o corante vermelho safranina. Desta forma, as células Gram-positivas aparecem corada em roxo escuro, ao microscópio.

Os poros do peptidioglicano das bactérias gram-positivas contraem-se, o complexo cristal violeta-iodo

fica retido no citoplasma e as células permanecem coradas.

Antraz

Nas bactérias gram-negativas, o álcool dissolve a porção lipídica da membrana externa e o complexo

cristal violeta-iodo é removido, descorando as células.

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Bactéria Gram-positiva

Bacillus brevis

Bactéria Gram-negativa

Aeromonas hydrophila

A Gram-positividade não é uma propriedade definitiva. Alguns fatores podem alterar o resultado da coloração: • Idade da cultura - os resultados só são válidos para culturas de 18 a 24 horas; • pH do meio de cultura; • Integridade da parede celular e membrana citoplasmática; • Erros na técnica • Ação de substâncias químicas e outras substâncias que podem alterar a reação.

Importante!

Camadas de superfície celular

Cápsulas e camadas limosas: • Polissacarídeos ou proteínas • Formação de biofilmes • Fator de virulência

Capsules and slime layers

• These are structures surrounding the outside of the cell envelope. They usually consist of polysaccharide; however, in certain bacilli they are composed of a polypeptide (polyglutamic acid). They are not essential to cell viability and some strains within a species will produce a capsule, whilst others do not. Capsules are often lost during in vitro culture.

Attachment

Protection from phagocytic engulfment.

Resistance to drying.

Depot for waste products.

Reservoir for certain nutrients.

protection

Fímbrias e pili • Estruturas protéicas filamentosas • Fímbrias – adesão – ex.: Salmonella • Pili – mais longas, papel na conjugação, além da adesão – ex.: Cólera

Pili

• Pili are hair-like projections of the cell , They are

known to be receptors for certain bacterial viruses.

Chemical nature is pilin

• Classification and Function

a. Common pili or fimbriae: fine , rigid numerous, related to bacterial adhesion

b. Sex pili: longer and coarser, only 1-4, related to bacterial conjugation

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Inclusões Celulares

• Armazenamento de energia e constituintes básicos, como o C • Formas insolúveis • Visível ao microscópio • Envoltas por membranas • PHB – ácido Poli-β-hidroxibutírico • Utilização na indústria – “plástico” – propriedades similares ao polipropileno • Suturas cirúrgicas, cápsulas de liberação lenta de drogas, biopolímeros para containers e peças de automóveis

PHBs

PHB – poli-3-hidroxibutirato

Inclusions of

Bacteria

Inclusions are aggregates of various compounds that are normally involved in storing energy reserves or building blocks for the cell. Inclusions accumilate when a cell is grown in the presence of excess nutrients and they are often observed under laboratory conditions.

granulos

e

Magnetossomos

• Incrustrações de magnetita (Fe3O4) • Magnetotaxia – função ainda obscura • Hipótese – correlação com menor taxa de CO2 – orientar para baixo – gravidade – menos O2

Aquaspirillum

magnetotacticum

Endósporos

• Produzidos durante a esporulação • Células modificadas extremamente resistentes ao calor, produtos químicos e radiação • Resistência a altas temperaturas, ressecamento e escassez de nutrientes • Estrutura de disperção – vento, trato gastrintestinal e água • Solos – ex.: Bacillus e Clostridium

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Endospores

(spores)

• Dormant cell

• Resistant to

adverse conditions

- high temperatures

- organic solvents

• Produced when starved

• Contain calcium

dipicolinate

DPA, Dipicolinic acid

• Bacillus and Clostridium

Identification of

Bacteria

Pathogenesis

Resistance

Flagelos

Polar Lofotríquio Polar Peritríquio

Nucleus

• Lacking nuclear membrane, absence of nucleoli, hence known as nucleic material or nucleoid, one to several per bacterium.

Flagella

Monotrichate/Amphitrichate/Lophotrichate/Peritrichate

Identification

of Bacteria

Pathogenesis

Motility of

bacteria

Some bacterial species are mobile and possess locomotory organelles - flagella. Flagella consist of a number of proteins including flagellin

The diameter of a flagellum is thin, 20 nm, and long with some having a length 10 times the diameter of cell. Due to their small diameter, flagella cannot be seen in the light microscope unless a special stain is applied. Bacteria can have one or more flagella arranged in clumps or spread all over the cell.