NHT-1056 Microbiologia
Santo André - Setembro de 2016 Prof . Antônio Sérgio Kimus Braz Prof . Antônio Sérgio Kimus Braz
Aula 2
Estrutura: Parede celular
Parede celular
Morfologia e estrutura das bactérias/arqueas
Relação direta com: parede celular e com citoesqueleto
Morfologia das bactérias
- Invisíveis a olho nú
-Maioria= 0,5 a 1 m em diâmetro ou largura
-Comumente vistas pelo microscópio em uma
magnitude de 1.000 vezes
Forma e arranjo
‣ Cocos
Normalmente esféricos, mas podem ser ovóides ou achatados
Arranjos
-Micrococos: cocos isolados
-Diplococos: pares de cocos -Tétrades: grupos de 4 cocos EX: Pediococcus
-Sarcina: grupos de 8 cocos em forma cúbica -Estreptococus: cadeias de cocos
-Estafilococos: cachos irregulares de cocos
micrococo diplococo
streptococo tétrade
stafilococo micrococo
sarcina
Forma e arranjo
‣ Bacilos
Cilíndricas ou em forma de bastão
Arranjos
-Diplobacilos: pares de bacilos
-Estreptobacilos: cadeias de bacilos
-Paliçada: alinhamento lateral EX: Bacilo da difteria
-Tricomas: cadeias com elevada área de contato
EX: Especies Beggiatoa e Saprospira
‣ Hélices ou espirais
-Espirilos:curtos e flagelados
-Espiroquetas: longas , flexíveis e contráteis
Formas de transição
-Cocobacilos -Vibriões
Forma e arranjo
Existem modificações das três formas
Embora a maior parte das células bacterianas tenha forma constante Algumas espécies podem uma ter variedade de tipos celulares
Pleomórficas= mudam de forma
Estrutura: Citologia
-Parede celular
-Membrana citoplasmática -Cápsula
-Área citoplasmática -Flagelos
-Fímbrias ( Pili)
-Endosporos
-Algumas estruturas são externas (fixadas à parede celular), outras internas - A membrana plasmática, obviamente, é comum a todas as células
-A parede celular esta presente na grande maioria com poucas exceções como:
(mycoplasma, espiroquetas, bacteróides,fusobacterias, fibrovaterias, planctmycetos
-Outras estruturas estão presentes somente em certas espécies ou sob
condições ambientais específica
Parede celular
-Estrutura rígida que envolve a membrana citoplasmática -Presente em todos os procariotos
Exceto: Micoplasmas e algumas arqueas
-Na parede encontram-se várias moléculas com várias funções
Parede celular
Função
-Forma
-Rigidez = rigidez da parede é compensa a fluidez da membrana plasmática -Proteção contra lise
-Proteção contra pressão osmótica e mecânica
-Sítio de receptores para proteínas e outras moléculas que interagem com a célula
-Plataforma de apêndices, flagelos, fimbrias, pilli
Tipos
- Gram positiva - Gram negativa
Método de coloração de Gram (1884)
Baseia-se em diferenças na
composição da parede celular em bactérias
Hans Christian Gram
(1853-1838)
Método de coloração de Gram (1884)
Gram positiva Gram negativa
Célula de Bactéria
Interior não compartimentalizado
Parede celular (peptídeoglicano)
Parede Celular: constituição
Peptídeoglicano ou Mureína (do latin murein: parede)
É um heteropolissacarídeo. Polímero poroso e insolúvel de grande resistência
É formado por três unidades estruturais:
-ácido N-acetilmurâmico = açúcar -N-acetilglucosamina= açúcar
-e um peptídeo formado por quatro aminoácidos
= tetrapeptídeo
O peptideoglicano é a estrutura que confere rigidez à parede celular de bactérias, determina a forma da bactéria e a auxilia na proteção da lise osmótica, quando em meio hipotônico
A estrutura do peptideoglicano não atua como barreira seletiva como a membrana plasmática= permite difusão de muitas moléculas e água, como nutrientes necessários à célula
No entanto serve como barreira para certas enzimas que
podem causar danos à célula, alguns corantes e antibióticos
são retidos
Peptídeoglicano ou Mureína:
Ligações entre N-acetulglucosamina e ácido N-acetilmurâmico são ligações glicosídicas do tipo (1-4)
Tetrapeptídeo
Contém L e D aminoácidos
ligados ao ácido N- acetyl murâmico
Ocorrência dos isômeros
H H 3 3 N N - C - H - C - H COOH COOH
R R
L-aminoácido
Proteínas
encontradas nos seres vivos
H - C -
H - C - COOH COOH H H 3 3 N N R R
D-aminoácido
Alguns antibióticos e em peptídios presentes em
bactérias
Vários polímeros de peptídeoglicano conectados por pontes de aminoácidos
Para formar a estrutura rígida ao redor da célula os tetrapeptídeos de uma cadeia peptideoglicana formam ligações cruzadas com os
Tetrapetídeos de uma outra cadeia
Síntese do peptideoglicano Processo que envolve:
-Síntese do ácido N-acetilmurâmico
-Transporte através da membrana e adição do N-acetilglucosamina
-Na superfície da membrana plasmática as glicosilases fazem a ligação glicosídica
-No espaço periplásmico transpeptidases fazem as ligações peptídicas
Durante a sua divisão a bactéria precisa sintetizar peptideoglicano O balanço entre enzimas realizam estes processos
-Autolisinas= Fazem a quebra (desdobramamento) do peptideoglicano para que um novo polímero possa ser adicionada
Alguns antibióticos agem como inibidores da síntese do peptideoglicano -Inibem transpeptidases
-Ativam autolisinas que digerem o peptideoglicano causando lise da bactéria
Ex: penicilina= inibe síntese normal da parede celular
Penicilina e análogos são eficientes
para controle de bactérias gram +
Beta-lactamases (β-lactamases) are enzymes (EC 3.5.2.6) produced by bacteria (also known as penicillinase) that providemulti-resistance to β-lactam antibiotics such as penicillins, cephamycins, and carbapenems (ertapenem), although carbapenemsare relatively resistant to beta-lactamase. Beta-lactamase provides antibiotic resistance by breaking the antibiotics' structure. These antibiotics all have a common element in their molecular structure: a four-atom ring known as a β-lactam.
Throughhydrolysis, the lactamase enzyme breaks the β-lactam ring open, deactivating the molecule's antibacterial properties.
Beta-lactam antibiotics are typically used to treat a broad spectrum of Gram-positive and Gram-negative bacteria
Gram positivas
-Peptideoglicano= 90% peso seco da célula -Ácidos teicóicos
-Ácidos lipoteicóicos
-Proteínas
Ácido teicóico
Polímeros que contém uma grande variedade de diferentes polímeros contendo açúcares, fosfato, glicerol. São covalentemente ligados
ao ácido murâmico do peptidoglicano por ligações fosfodiéster .
Ácido lipoteicóico
Estrutura idêntica ao ácido teicóico, exceto pela presença de um componente glicolipídeo ou fosfatidil glicolipídeo.
Inserido ao peptideoglicano e associado a membrana plasmática
Ácidos teicóicos e lipoteitóicos são carregados negativamente e podem ajudar no transporte de íons
positivos para dentro e fora da célula
Ácidos teicóicos juntamente com proteínas na superfícies são responsáveis pela determinação antigênica das bactérias
Gram +
Proteínas ligadas à parede celular
Proteína A de Staphylococcus aureus SPA ( Staphylococcus protein A) Uma das mais estudadas
-Prende anticorpos circulantes da classe IgG neutralizando sua
função- se liga a porção Fc= resultando no escape do sistema
imune
Bactérias gram negativas
Estrutura mais complexa
-Peptideoglicano= 10% peso seco da célula -Espaço periplásmico
-Membrana externa
Figure 3.20 The gram-negative cell wall. (a) Arrangement of
lipopolysaccharide, lipid A, phospholipid, porins, and
lipoprotein in the outer membrane. See Figure 3.19 for details of the structure of LPS. (b) Trans-
mission electron micrograph of a cell of Escherichia coli showing the cytoplasmic membrane and wall.
(c) Molecular model of porin proteins.
Note the four pores present, one within each of the proteins forming a
porin molecule and a smaller central pore between the porin proteins. The view is perpendicular to the plane
of the membrane.
Gram negativas
Membrana externa
Camada fosfolipídica
-porção lipídica voltada para o interior da membrana externa -contém lipídeo A -ancora o LPS na membrana -(endotoxina)
-Contém porinas= atuam como canais para a passagem de pequenas moléculas hidrofílicas, participando assim do processo de nutrição.
Lipídeo A
LPS (lipopolissacarídeo)
Porção lipopolissacarídica: sobreposta a membrana externa -Lipídeo A
-Polissacarídeo -antígeno O
-proteínas de membrana externa (OMP=outer membrane proteins)
Lipopolissacarídeo: relacionado com:
-ativação de citocinas -agregação de plaquetas
-atividade ajudvante e mitogenicidade
Sendo o lipídeo A responsável por muitas dessas atividades
Lipopolissacarídeo
Lipideo A
-Ancora o LPS na membrana externa
-Composto de diglucosamina (dissacarídeo) e ácidos graxos -Parte tóxica do LPS= quando injetado em humanos causa febre e outros sintomas
Core
-Igual em todas as bactérias
-Composto de glicose, galactose e carbohidratos Antígeno O
-Composto de 3 a 5 carbohidratos repetidos por cerca de 25 vezes
-Porção variável= importante detrminante antigênico
Ácidos graxos Diglucosamina
Fosfato
Proteínas de membrana externa
-Constituem aproximadamente 50% da massa externa
-Podem ser proteínas integrais de membrana e lipoproteínas
-São proteínas pregueadas ( sheets) se assemelham a um barril cilíndrico
-São essenciais para a integridade da membrana e permeabilidade seletiva
de substâncias (importantes nos sistemas de secreção)
Espaço periplásmico
Possui várias moléculas com várias funções - enzimas hidrolíticas
-proteínas carreadoras
-materiais que serão secretados
-proteínas envolvidas na quimiotaxia
Peptideoglicano
10% peso seco da célula Lipopoliproteínas
Fazem a ligação do peptídeoglicano a membrana externa
Figure 2-44 The structure of LPS
Método de coloração de Gram (1884)
Gram positiva Gram negativa
Outras alternativas em bactérias
Deinococcus : estrutura de gram – com duas membranas mais com muito peptídeo glicano (cora Gram +) apesar de ser gram -
Micoplasmas: não tem paree celular (usam membranas com colesterol ou ligam açucares)
Micobactérias: parede espessa e complexa
Micobactérias
Possuem parede celular característica, mais espessa, constituída de três macromoléculas covalentemente ligadas:
peptídeoglicanas;
arabinoglicanas;
ácido micólico.
Baixa permeabilidade= tornado-as mais resistentes a antibióticos
Ex: Mycobacterium tuberculosis
Arabinose + galactose Unidades de manose
Lipoarabinomanana= possui porção carboidrato na superfície, relacionada com
patogenia. Suprime resposta imune, inibem funções induzidas por interferon
Archaea
Algumas possuem pseudopeptídeoglicana
N-acetiltalosaminurônico ligado por ligação β(13), ao invés de uma ligação típica β(14);
• somente L-aminoácidos;
Algumas possuem camada S (S=superfície)
Peptideoglicano (mureina) é um
biomarcador chave para identificação de bacterias.
eles não estão presentes em arqueas.
Archaea podem ter pseudomureina,
polissacarideos, proteinas, glicoproteinas e outras paredes de polissacarideos
A parede celular de arqueas metanogenicas contém moleculas semelhantes a peptideoglicanos e são chamados pseudomureina
tem ligação β-1,3 em vez of β-1,4,
apresenta apenas L-aminoacidos
Figure 2-54 A comparison of cell wall structure in archaea
Archaea have several different cell wall types. Some contain a structure reminiscent of peptidoglycan called pseudomurein. The chemical formula is pictures on the left. Other microbes will have a surface layer (S-layer) composed of repeating units of one or a few proteins, glycoproteins or sugar. These crystal lattices serve to protect the cell. The
micrograph on the right shows the surface of Aeropyrum cells. Note the regular
repetition of the pattern on the outside surface. Photomicrograph used with permission
from The Prokaryotes [116]
Substâncias poliméricas extracelulares (SPE)
-Cápsula
-Camada limosa -Camada S
-Capa
Cápsula e Camada limosa
• Polissacarídeo sobre a superfície externa (glicocálice)
• Proteínas
• Cápsula= mais espessa e mais rígida
• Camada limosa= mais fina e não
fortemente ligada à parede celular
• Protege contra ataques de bacteriógagos, anticorpos
• Reserva de carbono e energia
• Adesão a bactéria a surperfícies
• Dissecação
• Previne a fagocitose (espécies patogênicas)
Cápsula e Camada limosa
Função
Cápsula e Camada limosa
Camada S
Camada bidimensional formada por subunidades
idênticas de proteínas ou glicoproteínas, agrupadas em arranjos simétricos;
Encontrada em várias espécies de Archaea, e
bactérias Gram-negativas e positivas, incluindo as
cianobactérias;
Associada a adesão celular e reconhecimento celular;
Capa protetora e peneira molecular;
Pode contribuir para a virulência (para escapar do reconhecimento pelo sistema imune.
Camada S
Função
Deinococcus radiodurans
Negatively stained TEM image of isolated S- Layer from D. radiodurans.
Scale bar = 100 nm
Bacillus sphaericus
Negatively stained TEM image of isolated S- Layer from B. sphaericus.
Scale bar = 100 nm