aula3memn2013

BC-1606

Microbiologia

Santo André - abril de 2013

Prof . Antônio Sérgio Kimus Braz

Prof . Antônio Sérgio Kimus Braz

Aula 3

Estrutura: Membrana Reserva Endosporo

Por mais simples que seja um organismo Ele ainda sempre precisa de uma membrana

-Envoltório da célula

>separa o interior da célula do meio ambiente >se for rompida a integridade celular é destruída

• ocorrendo extravasamento celular, levando a morte -Espessura entre 6 a 9 nm= só visível ao microscópio eletrônico - São Flexíveis e fluídas

- Barreira seletiva , permite a célula:

• concentrar metabolitos específicos • excretar dejetos

Membrana plasmática

• EM PROCARIOTOS:

SÓ REVESTE A CÉLULA célula pobre em membranas

• EM EUCARIOTOS:

REVESTE A CÉLULA E CONSTITUI OS ORGANÓIDES CITOPLASMÁTICOS: célula rica em membranas

Membrana Plasmática

• Composição - lipídeos

- proteínas

- carboidratos: ligados a proteínas ou lipídeos

Membrana das células procarióticas possui mais proteínas do que as células de

Tipos de lipídeos em BACTÉRIAS

1.Glicerolipídeos

2.Glicolipídeos

1.Glicerolipídeos

1. GLICEROL (álcool) 3. 2 ácidos graxos

2. Grupo fosfato (negativamente carregado)= ligado a outro radical como: etanolamina, serina ou colina

1. Glicerol: álcool de 3 carbonos, com cada carbono com um grupo hidroxila (OH)

H | H—C—ácido graxo | H—C—ácido graxo | H—C—grupo fosfato | H

Glicerolipídeo

2. Ácidos graxos:

• longas cadeias de ligações C–H (hidrocarbonetos) que terminam com um grupamento carboxila (-COOH);

•Conferem hidrofobicidade e são ligados por ligação do tipo éster às hidroxilas do glicerol;

•Dois grupos de ácidos graxos são ligados ao glicerol numa molécula de fosfolipídeo;

• podem ser ramificados ou não ramificados; com entre 16 e 18 carbonos.

Saturados

Insaturados

Ácidos graxos

•ACIDO GRAXO SATURADO: só tem ligações simples entre os C.

Estrutura dos ácidos graxos

Grupo carboxila

Cadeia de hidrocarbonetos

Ácidos graxos insaturados

Não permitem o empacotamento rígido das moléculas, originando agregados flexíveis e fluidos

Ácidos graxos saturados

Formam “empacotamentos”, de forma organizada e rígida, de moléculas

umas muito próximas das outras

Ácidos graxos das bactérias são frequentemente

insaturados e não ramificados

Ligação éster: -

CH

OCOR

3. Grupamento Fosfato:

• ligado ao glicerol;

• o grupamento fosfato carregado, tem uma molécula orgânica carregada ligada a ele, que pode ser etanolamina, colina ou o aminoácido serina (constituem a porção hidrofílica da molécula).

Cabeça polar

Cauda não polar

Fosfoglicerídeo etanolamina

Glicerolipídeos de Bactérias:

1.Fosfatidil etanolamina (PE) 2.Fosfatidil glicerol (PG)

3.Fosfatidil glicerol acilado (acil-PG) 4.Difosfatidil glicerol (cardiolipina) 5.Fosfatidil glicerol fosfato (PGP)

Escherichia coli

Fosfatidil etanolamina 70-75% Fosfaditil glicerol (PG) 25%

Cardiolipina (CL) 5-10%

glicerol Ácido graxo

Ácido graxo

Glicolipídeos:

Glicoglicerolipídeos: glicerol é glicolisado com uma ou duas unidades de açúcar

Glicoesfingolipídeos:

Em lugar do glicerol, possuem uma base nitrogenada de cadeia longa tipo esfingosina, em que os ácidos graxos se ligam ao grupamento NH₂ por uma ligação amida, formando a ceramida

Esteróis :

Esteróis : presente na membrana de Eucariontes

Ausentes em praticamente todos procariontes (Bactérias e Archaea)

(Porém foram detectados esteróis em bactérias metanotroficas e micoplasmas)

Mas em algumas Bactérias possuem algo equivalente... Os hhopanóides opanóides

Estes compostos desempenham papel similar ao dos esteróis em membranas de bactérias

 auxiliam no controle da fluidez e permeabilidade da membrana.

hopanóide Esterol (ex : colesterol)

Hopanóides:

• são encontrados em bactérias negativas e Gram-positivas

• em bactérias do gênero Frankia (fixadoras de nitrogênio na raiz de plantas Angiosperma), estão envolvidos no processo de fixação, formando uma membrana resistente ao Oxigênio • nunca foram encontrados em enterobactérias, anaeróbicos estritos, e Archaea

Propriedade dos fosfolipídios

• O grupo fosfato tem polaridade elétrica (é polar)

• Os ácidos graxos são apolares (sem carga elétrica) • Moléculas com uma extremidade polar e outra

apolar são chamadas ANFIPÁTICAS

• Molécula polar atrai outra polar mas repele as

Região hidrofílica Região hidrofílica Região hidrofóbica água água Bicamada lipídica

Hidrofílicas= dissolvem na água Hidrofóbicas não se dissolvem na

Duas camadas de fosfolipídeos unidas de forma não covalente Estrutura da Membrana

•Devido a presença de água em torno da célula e

dentro da célula, as porções polares dos

fosfolipídios são atraídas pela água, que é polar, para as superfícies da membrana

•Os ácidos graxos são repelidos pela água para o

interior das membranas. As superfícies da membrana são polares e o meio é apolar

Fluidez de membrana

• A membrana é fluída (líquida) – ácidos graxos insaturados.

• Os fosfolipídios e proteínas deslocam-se no plano da membrana, não ocupando portanto posição fixa.

Ácidos graxos insaturados

Não permitem o empacotamento rígido das moléculas, originando agregados flexíveis e fluidos

Ácidos graxos saturados

Formam “empacotamentos”, de forma organizada e rígida, de moléculas umas muito próximas das outras

Estrutura da membrana

MODELO DO MOSAICO FLUIDO: Proposto por Singer e Nicholson.

A membrana seria composta por duas camadas de fosfolipídios onde também estão depositadas as proteínas.

Algumas dessas proteínas ficam aderidas à superfície da membrana, enquanto outras estão totalmente mergulhadas entre os fosfolipídios; atravessando a membrana de lado a lado.

A flexibilidade da membrana é dada pelo movimento contínuo dos fosfolipídios; estes se deslocam sem perder o contato uns com os outros.

As moléculas de proteínas também têm movimento, podendo se deslocar pela membrana, sem direção.

Estrutura da membrana

MODELO DO MOSAICO FLUIDO: Proposto por Singer e Nicholson.

Desenho da estrutura da membrana plasmática segundo o modelo do Mosaico Fluído de Singer e Nicholson

Estabilizada principalmente por interações hidrofóbicas e por pontes de H. Ions Ca+2 e Mg+2 também participam, interagindo ionicamente com as cargas

Um grande numero de arqueas são extremistas! Sobrevivem em ambientes extremos, onde não há

possibilidade de vida para outros seres

(somente Arqueas e algumas Bacterias resistem a ambientes com temperatura elevada, codinções quimicas adversas, ...) -Locais com altas temperaturas =100oC (Thermus aquaticus)

-Locais com baixas concentrações ou sem oxigênio -Locais com baixo pH

-Lagos ou mares com salinidade altíssima -Ambientes próximos a vulcões

-Fontes de enxofre, etc.

Arqueas

Euryarchaeota = Inclui halófilos, termófilos e metanogênicos

Crenarchaeota= Tanto termófilos quanto acidófilos. Inclui os dependentes de sulfato e termófilos extremos

A principal diferença entre Arqueas e outros organismos está na membrana celular

-Lipídeos das membranas apresentam uma estrutura diferente, contém cadeias de hidrocarbonetos conectados ao glicerol por ligações do tipo éter e não éster=

Aumenta estabilidade química e resistência a hidrólise

-Em lugar dos ácidos graxos encontram-se hidrocarbonetos de cadeia mais longa e ramificada (polímeros de isopropeno= fitanil)

e as vezes ainda mais longa e continua formando uma monolayer (bifitanil)

Lipídeos das Arqueas:

(-CH₂ - OCOR)

éster éter

(-CH₂ OR)

• A ligação entre o ácido graxo e o glicerol:

• Cadeias mais longas de carbono: 20, 25 ou 40 carbonos:

Hidrocarbonetos das arqueas são frequentemente

saturados e ramificados= oposto das bactérias

Ligação éter

Glicerolipídeos e Glicolipídeos: Arqueol e Caldarqueol: Lipídeos das Arqueas:

-Arqueol= duas ligações éter

Bacteria

Archaea

Proteínas:

• Imersas na bicamada lipídica

desempenham várias funções:

•Transporte de íons e moléculas; • cadeia respiratória;

• síntese de componentes da própria

bactéria: síntese de fosfolipídeos na face interna da membrana e proteínas de

cadeias de transporte de elétrons;

• sistemas de secreção encontram-se na membrana externa em Gram-negativas. • podem ser: integrais ou periféricas

Funções da Membrana

• barreira seletiva que compartimentaliza a célula separando-a do meio extracelular;

• transporte de substâncias;

• receptores e sítios de adesão; • respiração;

• local de inserção do flagelo (que obtém a energia para o seu movimento na forma de prótons que estão na

Transporte

> Transporte de substancias sem gasto energético direto

1. Difusão passiva; 2. Osmose;

3. Difusão facilitada.

Difusão passiva: as moléculas movem-se de uma região mais concentrada para menos concentrada

Membrana plasmática

Difusão facilitada: envolve a presença de uma proteína de transporte para auxiliar no transporte.

Proteína

facilitadora _Proteína facilitadora

Proteína facilitadora

Isotônico Hipertônico Hipotônico Meio

extracelular

Meio

intracelular

Normal Desidrata Lise

1. Transporte ativo;

2. Translocação de grupo;

3. Proteínas carreadoras ou ligadoras de substratos.

Transporte ativo: proteínas transmembranas (permeases)

Translocação de grupo:

(modifica quimicamente a substancia transportada, modificação promovida por fosfoenolpiruvato)

catalisa a translocação e concomitante fosforilação de carboidratos e também regula o metabolismo em

resposta à disponibilidade de carboidratos.

• PEP:PTS ( phosphoenolpyruvate: phosphotransferase

system)

• _{Especifico de Bactérias não existe em arqueas ou}

Sistema ABC (ATP binding cassette):

transporta pequenos solutos, como aminoácidos, íons, carboidratos, lipídeos, drogas e proteínas.

• presentes em bactérias, Arqueas e Eucarionte Proteínas carreadoras ou ligadoras de substratos.

Estruturas membranares internas  _tilacóide

Tilacóides lamelas onde se

localizam alguns dos pigmentos fotossintéticos: clorofila a, b e c, carotenos, xantofilas. Presentes na cianobactérias

Estruturas membranares internas

 _{O citoplasma raramente possui estruturas membranares} internas

_{As que existem resultam de extensões da membrana}

plasmática, e possuem funções específicas de fotossíntese ou respiração

Mesossomos, invaginações da membrana celular, que tanto podem ser simples dobras como estruturas tubulares ou vesiculares. Diversas funções têm sido atribuídas aos mesossomos, tais como: papel na divisão celular e na respiração

CITOPLASMA:

 _{ácidos nucléicos presente no nucleóide}  _plasmídeos

_ribossomos  _clorossomos

 _{anamoxossomos}  _{carboxissomos}

 _{pequenas moléculas orgânicas (aminoácidos,} açúcares, vitaminas, coenzimas e outras

moléculas)

_{Inclusões celulares} _{Materiais de reserva}

Nucleóide

 _{Local onde se localiza o cromossoma, constituído por} uma molécula circular e bicatenária de DNA, relativamente longa e enovelada

-Possui DNA, de RNA e de proteínas

Algumas bactérias possuem plasmídeos = moléculas circulares de DNA, com autonomia de replicação

independente do cromossoma

Ribossomos

 _{menores que os de eucariotos e com composição} de proteínas diferente;

Subunidades RNAr Nucleotídeos Proteínas

50S 23S 2.904 pb 31

5S 120 pb

30S 16S 1.542 pb 21

Clorossomos:

sulfurosas, e verdes não-sulfurosas

 _{distinguem as bactérias verdes de outras bactérias} fotossintetizantes;

 _{ligados a face interna da membrana, revestido} também por uma membrana

Anamoxossomos:

estruturas que tem a capacidade de fazer a conversão anaeróbica da amônia e nitrito a gás nitrogênio (N₂ )_.  presentes em espécies da ordem Planctomycetes, gênero Candidatus.

Usadas para remover nitrogênio durante o tratamento da água

Candidatus Scalindua sorokinii

Contribui para o ciclo do nitrogênio nos oceanos e sedimentos

Carboxissomos:

-Estruturas protéicas em forma de hexâmero

- Possuem um conjunto condensado de moléculas da enzima ribulose 1,5 –difosfato carboxilase (rubisCO)

-rubisCO= usada na fixação do CO2.

-Também possuem atividade de anidrase carbônica, promovendo a

conversão de bicarbonato em CO2

 _{em condições desfavoráveis algumas bactérias} utilizam inclusões citoplasmáticas para armazenar substâncias como: lipídeos, polissacarídeos,

polifosfatos e enxofre.

-algumas separadas por membrana outras por solubilidade

Tamanho devido ao

Polissacarídeos

 _{glicogênio: principal reserva de carboidratos} (glicose);

 _{encontrado em várias bactérias: Bacillus polymixa,}

Escherichia coli, Micrococcus luteus, Arthrobacter , Vibrio, Samonella, e outras.

 _{a síntese depende de 4 enzimas e a degradação de} pelo menos outras 2 enzimas.

Muitas bactérias acumulam glicose, na forma de polímeros de glicogênio

Em condições desfavoráveis Estrutura altamente ramificada Solúvel em água

Lipídeos

 _{poliidroxialcanoatos (PHA): sintetizados por} todos os filos de procariotos, incluindo arqueas, como material de reserva;

 _{grânulos cobertos por uma camada de} fosfolipídeos e proteínas (fasinas);

 _{Mais conhecido= polímero de ácidos graxos} 3-OH, como o poli 3-hidroxibutirato (PHB)

Triacilglicerol (TAG)

 _{são moléculas triesteres de glicerol com ácidos} graxos

_{servem de material de reserva de carbono e} energia;

 _{restritos aos gêneros: Mycobacterium,}

Streptomyces, Actinobacter, Nocardia, e Rhodococcus do grupo de actinomicetos.

Polifosfato: polímero linear de fosfato inorgânico

_{Armazenado como grânulos de reserva}

 _{sintetizado pela enzima polifosfato quinase (PPK)}  _{essa enzima não é encontrada em mamíferos} _{alvo para antibióticos}

Poliaminas

 _{encontrados em cianobactérias e outras} bactérias fotossintetizantes;  _{reserva de N}

Algumas bactérias podem se orientar com campos magnéticos por que que contem magnetossomos

particular intracelulares de magnetitas Fe₃O₄

bactérias com magentossomos

apresentam magentotaxia e migram ao longo das linhas de campo da terra

Vesículas de gás

Ajudam a flutuabilidade (movimento de subida e descida)

Endosporo:

 _{Induzido por algumas condições desfavoráveis;}

(falta de nutrientes essenciais...)

 _{Estrutura em condição de dormência}

( metabolicamente inativa)

 _{principais estudos em Bacillus e Clostridium;}

( presente em 20 gêneros de uma sub-linhagem de bactérias gram +)

 _{São resistentes ao calor, desidratação, valores extremos de} pH, radiação ionizante e ultravioleta, condições nutricionais inadequadas, à ação de enzimas e a agentes químicos;

 _{contém apenas 15% de água; ficam em estado dormente e} não metabolizam por longos períodos.

 _{os endosporos podem monitorar} o ambiente e podem rapidamente responderem a presença de

nutrientes adequados, germinando e retornando ao estado vegetativo;

Composição e Estrutura: exospório

capa

cortex

core

Capa:

 _{o número de camadas varia de acordo com a} espécie (2-25) com até 30 proteínas;

 _{confere resistência mecânica, e é resistente a} enzimas proteolíticas e agentes químicos;

 _{excluem moléculas tóxicas (talvez existam enzimas} na capa) e permitem a entrada de pequenos

nutrientes que terão acesso aos receptores de germinação;

 _{em Bacillus: duas proteínas são essenciais } SpoIVA e CotE

Cortex:

 _{contém a parede celular primordial;}  _{peptídeoglicanas;}

Core:

 _{citoplasma do endosporo, semelhante ao da célula} vegetativa;

 _{core é desidratado, resistente ao calor, e altamente} mineralizado (cálcio, manganês e magnésio)

_{Ácido dipicolínico complexo com íons Ca²⁺ => 10%} peso seco do endosporo

_{Contém small acid soluble proteins (SASP) -ligam-se ao}

Estágio 0

Crescimento Normal _{Formação do filamento axial}Estágio I Estágio II

Formação do sépto Estágio III Engolfamento Estágio IV Síntese do Cortex Estágio V Síntese da Capa Estágio VI

Lise da célula mãe Estágio VI I

Liberação do espóro

Germinação

Dois gêneros de bastonetes GRAM + produzem : Bacillus (antrax) e

Can an Endospore Live Forever?

Clostridium aceticum 1947 -1981 (34 anos) documented.

Thermoactinomyces (solo, plantas, lixo, material em fermentação)

endosporos viaiveis encontrado em sitios arqueologicos romanos de 2000 anos... também foram encontrados endosporos viaveis dessa espécie em fundos de lago de camadas com mais de 9000 anos...

conseguiram reativar endosporo de um bacillus de 25-40 milhões de anos

preservado em um inseto dentro de um pedaço de ambar

foram reativas bactérias ser obtidas de fluidos em inclusões de cristais de al do período permiano (250 milhões de

anos !!!)

a indícios de que poderia ser obtido resultado semelhante com halite de 425 milhões de anos

Can an Endospore Live Forever?