DOMÍNIO BACTERIA
REINO EUBACTERIA
Nestas aulas deveremos:
D2BIO025 – Identificar as características gerais de bactérias, com base em desenhos esquemáticos, fotos de microscopia eletrônica.
D2BIO026 – Identificar as principais diferenças entre bactérias e árqueas.
D2BIO027 – Diferenciar bactérias Gram-positivas de Gram-negativas, relacionando essa característica à ação de antibióticos.
D2BIO028 – Compreender os mecanismos reprodutivos das bactérias.
D2BIO029 – Compreender a diversidade metabólica apresentada pelas bactérias, associando-a aos diversos ambientes ocupados por esses organismos.
D2BIO030 – Reconhecer a importância ecológica e/ou econômica das bactérias, em diversos processos (ecológicos, econômicos, industriais e farmacêuticos).
D2BIO026 – Identificar as principais diferenças entre bactérias e árqueas.
D2BIO027 – Diferenciar bactérias Gram-positivas de Gram-negativas, relacionando essa característica à ação de antibióticos.
D2BIO028 – Compreender os mecanismos reprodutivos das bactérias.
D2BIO029 – Compreender a diversidade metabólica apresentada pelas bactérias, associando-a aos diversos ambientes ocupados por esses organismos.
D2BIO030 – Reconhecer a importância ecológica e/ou econômica das bactérias, em diversos processos (ecológicos, econômicos, industriais e farmacêuticos).
CARACTERÍSTICAS GERAIS
1. Tamanho
O tamanho das bactérias é geralmente muito pequeno, menor que 1 µm (1 µm = 0,001 mm) a 5µm ou menores. Com uma notável exceção da Thiomargarita namibiensis que tem 0,1 mm (0,75 mm a 1,0 mm) (Paim).
2. Organismos unicelulares
As bactérias apresentam-se constituídas por apenas uma única célula, embora possam formar colônias de milhares de indivíduos.
3. Procariotos
As bactérias são organismos procarióticos, i.e., não possuem núcleo. O material genético das bactérias (cromossomo bacteriano) esta em contato direto com o citoplasma da céula, não apresentando membrana (carioteca) que o proteja.
4. Genoma bacteriano
As bactérias geralmente apresentam um cromossomo principal.
O material genético bacteriano é um cromossomo constituído por um único filamento longo de DNA circular, ancorado em uma invaginação da membrana plasmática chamada mesossomo. Ao conjunto de cromossomo bacteriano e mesossomo, damos o nome nucleoide.
Visualization of DNA configurations by EM. Model replication forks were prepared for EM by mounting on carbon-coated EM grids and rotary shadowcasting with tungsten (Materials and Methods). Examples of linear molecules seen include replication fork templates comprising telomeric (A–D) or CTG (E–H) repeats and containing only a single ds tail (A, C, E and G) or two shorter ds tails (B, D, F and H). Bar is equivalent to 150 bp in panels showing full-length molecules. (FOUCHE et alii, 2006).
Plasmídeos
Além desse cromossomo, ela possui outras moléculas de DNA, os plasmídios, que são pequenos DNAs circulares dispersos no citoplasma, onde há também muitos ribossomos. Os plasmídios possuem genes que não são essenciais para a sobrevivência da bactéria, bem como genes de resistência a antibióticos.
São pequenos cromossomos circulares dispensáveis à célula hospedeira bacteriana.
Podem ser transferidos entre bactérias até mesmo de gêneros diferentes pelos mecanismos geradores de variabilidade (ver adiante).
Carregam genes que podem conferir vantagens adaptativas, como por exemplo resistência a antibióticos.
Podem ser usado como vetores de genes.
Importância dos plasmídeos para as bactérias
Apresentam funções relacionadas com a sobrevivência das bactérias, garantindo vantagem seletiva. Os plasmídeos podem possuir genes que garantam resistência a antibióticos (genes que produzem proteínas que degradam os antibióticos). Existem os plasmídeos de virulência, que aumentam a capacidade da bactéria de causar doença; plasmídeos que protegem contra substâncias que possam causar dano e aqueles que possibilitam a metabolização de vários substratos.
Os plasmídeos também possuem uma região com genes que são responsáveis por funções como sua replicação, manutenção e transferência (de uma bactéria para outra). Essa região é constante, mas as regiões relacionadas com adaptação são variáveis.
Plasmídio
Classificação dos plasmídeos
Existem várias formas de se classificar os plasmídeos, sendo a principal a divisão em dois grupos: conjugativos (ou conjuntivos) e não conjugativos (ou não conjuntivos). Denominam-se de conjugativos aqueles que fornecem à célula a capacidade de realizar a conjugação pela presença de um gene conhecido como tra-gene. Os não conjugativos são aqueles que não apresentam genes para a iniciação da conjugação.
Os plasmídeos também podem ser classificados de acordo com a função desempenhada por eles:
Plasmídeos de Fertilidade (F): Plasmídeos com a função de iniciar a conjugação;
Plasmídeos de Resistência (R): Plasmídeos relacionados com a resistência a antibióticos;
Plasmídeos de degradação: Plasmídeos que garantem à célula a capacidade de produzir enzimas degradativas;
Plasmídeos de virulência: Garantem à célula a capacidade de causar doenças;
Plasmídeos Col: Plasmídeos que possuem genes que determinam a síntese de inibidores (colicinas) de bactérias. (mundoeducação).
Principais tipos de plasmídios bacterianos
5. Estrutura básica das bactérias
2) Parede celular,
3) Membrana plasmática,
4) Citoplasma,
5) Ribossomos,
6) DNA e RNA,
7) Fimbrias, Pili e Flagelos.
A maioria das células bacterianas possui parede celular, localizada externamente à membrana plasmática, formada por peptideoglicano ou mureína, que garante proteção e forma à célula. Além da parede, algumas bactérias possuem uma cápsula polissacarídica que envolve essa estrutura.
No citoplasma observa-se a ausência de organelas membranosas e a presença de ribossomos, estruturas relacionadas com a síntese de proteínas. Os ribossomos estão presentes em grande quantidade e são menores que aqueles encontrados nas células eucarióticas. Nas células bacterianas podemos encontrar também grânulos de reserva, que variam de natureza química.
1. Cápsula bacteriana
Geralmente contém glicoproteínas (proteínas ligadas a açúcares) e um grande número de polissacarídeos (açúcares) polipeptídios (proteínas). A cápsula é uma camada protetora resistente à fagocitose por células do sistema imunológico. Também é utilizada como depósito de alimentos e como lugar de eliminação de substâncias do metabolismo bacteriano. Protege a bactéia contra a desidratação pois possui grande quantidade de água.
Estrutura de uma célula bacteriana mostrando um plasmídio. Plasmídio é um DNA circular, extracromossomal, que porta genes e pode conferir resistência a antibióticos além de outros fatores.
Esquema de uma bactéria mostrando sua estrutura básica
2. Parede celular de peptidioglicano
Segundo BASTOS (2012) a parede celular é uma estrutura composta por uma rede macromolecular de peptideoglicano, cuja parte sacarídica é constituída de dois açúcares, N-acetilglicosamina (NAG) e N-acetilmurâmico (NAM), ligados um ao outro e formando uma fileira de dissacarídeos repetidos. As fileiras adjacentes são ligadas por polipeptídeos e esses polipeptídeos, ainda, podem estar ligados a uma ponte interpeptídica em algumas espécies. As paredes Gram positivas possuem ácidos teicóicos e muitas camadas de peptideoglicano, enquanto as paredes Gram negativas não possuem ácidos teicóicos, mas possuem uma ou poucas camadas de peptideoglicano, além de possuírem a camada de lipopolissacarídeo (LPS) e o periplasma.
Funções
Proteção
Conter a pressão osmótica do citoplasma da célula
Dar forma a célula
Diferenciar célula Gram positiva e Gram negativa
Representação esquemática de conformações do backbone (espinha dorsal, eixo) de glicano. A) O dissacarídeo de repetição, N-acetilglicosamina NAM (caixa clara) e N-acetilmuramico, NAM (caixa escura), forma a espinha dorsal do PG. B) As hastes PG, representadas como setas, são giradas 180° em relação à haste adjacente. A unidade de dissacarídeo repetido tem uma periodicidade de 20 Å.
C) As hastes PG são giradas 120° em relação à haste adjacente com a periodicidade da unidade de dissacarídeo de 30 Å. D) As hastes PG são giradas 90° em relação à haste adjacente com a periodicidade da unidade de dissacarídeo de 40 Å.
[Schematic representation of glycan backbone conformations. A) The repeating disaccharide, NAM (light box)–NAM (dark box), forms the PG backbone. B) The PG stems, represented as arrows, are rotated 180° with respect to the adjacent stem. The repeat disaccharide unit has a periodicity of the 20 Å. C) The PG stems are rotated 120° with respect to the adjacent stem with the disaccharide unit periodicity of 30 Å. D) The PG stems are rotated 90° with respect to the adjacent stem with the disaccharide unit periodicity of 40 Å].
Comparação clássica das paredes de bactérias Gram-positivo e Gram-negativo, imagem do livro “Microbiologia de Brock”. (ELIAN E BASTOS, 2012).
Trabalhos recentes têm demonstrado que a estrutura pode ser mais complexa e diversificada do que supomos e é possivel que não conheçamos a real estrutura da parede ceular bacateriana. Na verdade, existem dois principais modelos que tentam explicar a estrutura da parede celular: O primeiro é conhecido como modelo em camadas e seria exatamente esse que estamos habituados, com a camada de dissacarídeos repetidos sendo paralela ao eixo principal da célula.
O outro modelo é conhecido como “Scaffold model” ou modelo em andaime. Nesse caso, a camada sacarídica seria perpendicular ao eixo principal da célula. Observações preliminares levam-nos a acreditar que a parede celular do Staphylococcus aureus tenha esssa configuração, todvia os estudos não são conclusivos.
Modelos em camadas e em andaime. Esquerda) No modelo em camadas, as cadeias PG se alongam em um plano paralelo à membrana. O modelo mostra que a transglicosilação de PG (destacada em amarelo) ocorre ao longo da direção da membrana, conforme mostrado pela seta. Direita) No modelo em andaime, as cadeias PG são orientadas perpendicularmente à membrana. O modelo em camadas (esquerda) mostra que as cadeias PG são orientadas paralelamente à membrana citoplasmática bacteriana. As setas mostram a direção do alongamento da cadeia Peptideoglicano. (KIN, CHANG AND SINGH, 2015)
[Fig. 2. Left) In the layered model PG chains elongate in a plane parallel to the membrane. The model shows that PG transglycosylation (highlighted in yellow) occurs along the direction of the membrane as shown by the arrow. Right) In scaffold model the PG chains are oriented perpendicularly to the membrane. Layered model (left) shows that the PG chains are oriented parallel to the bacterial cytoplasmic membrane. The arrows show the direction of PG chain elongation.]
Peptidoglicano é um componente essencial da parede celular em bactérias Gram-positivas. O peptidioglicano ainda apresenta uma arquitetura pouco conhecida. Nesta revisão, resumimos as abordagens de RMN de estado sólido para abordar algumas das incógnitas na arquitetura de peptidoglicano de bactérias Gram-positivas: 1) conformação da cadeia principal de peptidoglicano, 2) estrutura de rede PG, 3) variações na arquitetura e composição de peptidoglicano, 4) os efeitos do comprimento da ponte de peptidoglicano na arquitetura de peptidoglicano em mutantes Fem, 5) a orientação das fitas de glicano em relação à membrana e 6) a relação entre a estrutura do peptidoglicano e o modo de ação do antibiótico glicopeptídeo. Análises de RMN em estado sólido da parede celular de Staphylococcus aureus mostram que as cadeias de peptidoglicano são surpreendentemente ordenadas e densamente empacotadas. A estrutura do dissacarídeo de peptidoglicano adota uma simetria helicoidal de 4 vezes com a periodicidade da unidade de dissacarídeo de 40 Å. A rede de peptidoglicano na parede celular de S. aureus é formada por hastes de PG reticuladas que têm orientações paralelas. A caracterização estrutural de Fem-mutantes de S. aureus com comprimentos variados de estruturas de ponte sugere que o comprimento da ponte PG é um importante fator determinante para a arquitetura PG. Este artigo é parte de uma edição especial intitulada: Espectroscopia de RMN para Vistas Atomísticas de Biomembranas e Superfícies Celulares.
[Peptidoglycan is an essential component of cell wall in Gram-positive bacteria with unknown architecture. In this review, we summarize solid-state NMR approaches to address some of the unknowns in the Gram-positive bacteria peptidoglycan architecture: 1) peptidoglycan backbone conformation, 2) PG-lattice structure, 3) variations in the peptidoglycan architecture and composition, 4) the effects of peptidoglycan bridge-length on the peptidoglycan architecture in Fem mutants, 5) the orientation of glycan strands with respect to the membrane, and 6) the relationship between the peptidoglycan structure and the glycopeptide antibiotic mode of action. Solid-state NMR analyses of Staphylococcus aureus cell wall show that peptidoglycan chains are surprisingly ordered and densely packed. The peptidoglycan disaccharide backbone adopts 4-fold screw helical symmetry with the disaccharide unit periodicity of 40 Å. Peptidoglycan lattice in the S. aureus cell wall is formed by cross-linked PG stems that have parallel orientations. The structural characterization of Fem-mutants of S. aureus with varying lengths of bridge structures suggests that the PG-bridge length is an important determining factor for the PG architecture. This article is part of a Special Issue entitled: NMR Spectroscopy for Atomistic Views of Biomembranes and Cell Surfaces.]
[Topo) Arquitetura de peptidoglicano de simetria axial helicoidal de 4 vezes com hastes PG paralelas (esquerda) e simetria axial helicoidal de 3 vezes com hastes PG antiparalelas (direita). As pontes estão representadas em rosa, as espinhas dorsais de glicano em marrom e as hastes em verde. A reticulação máxima possível para o modelo de simetria axial de 4 vezes (esquerda) é de 100% e para o modelo de simetria axial de 3 vezes (direita) é de 50%. Abaixo) Modelos de preenchimento de espaço da arquitetura PG. No modelo de simetria axial de 4 vezes (esquerda), os carbonos glicil-carbonil de (Gly)5 (mostrado em vermelho) estão dentro de 5Å do carbono anomérico do dissacarídeo (mostrado em azul), consistente com o 13C-13C medido pelo CODEX restrição de difusão. No modelo de simetria axial de 3 vezes (à direita), as distâncias entre os carbonos glicil-carbonil e o carbono anomérico excedem 10 Å. As linhas pontilhadas conectando os carbonos anoméricos no modelo de simetria axial de 3 vezes mostram uma grande estrutura de poros (direita), que está ausente no modelo de simetria axial de 4 vezes (esquerda)].(KIM, CHANG E SINGH, 2015)
[Top) Peptidoglycan architecture of helical 4-fold axial symmetry with parallel PG stems (left), and helical 3-fold axial symmetry with antiparallel PG stems (right). The bridges are represented in pink, glycan backbones in brown, and stems in green. The maximum cross-linking possible for the 4-fold axial symmetry model (left) is 100% and for the 3-fold axial symmetry model (right) is 50%. Bottom) Space-filling models of PG architecture. In 4-fold axial symmetry model (left), the glycyl-carbonyl carbons of (Gly)5 (shown in red) are within 5 Å from anomeric carbon of disaccharide (shown in blue), consistent with the CODEX-measured 13C–13C diffusion constraint. In 3-fold axial symmetry model (right), the distances between glycyl-carbonyl carbons to the anomeric carbon exceed 10 Å. The dotted lines connecting the anomeric carbons in 3-fold axial symmetry model show a large pore structure (right), which is absent in 4-fold axial symmetry model (left)].(KIM, CHANG AND SINGH, 2015)]
Segundo BASTOS (2012), além dos modelos em camadas e andaime, outras novidades seriam:
a) a presença do periplasma (ou um espaço semelhante ao periplasma) em bactérias Gram positivas e
Espaço periplasmático (periplasma)
b) o fato que a fileira formada pelos dissacarídeos repetidos não é contínua e sim interrompida.
Essas fileiras, portanto, podem possuir diferentes tamanhos, o que pode indicar se a parede celular de uma determinada bactéria se encaixa em um modelo ou outro.
Outro fato que às vezes não está muito claro nos livros didáticos é que a camada mais externa de LPS (LipoPolisdacarídeos) praticamente não possui fosfolipídeo, ao contrário da camada mais interna e das membranas plasmáticas. Essa camada (camada externa da membrana externa) possui apenas lipopolissacarídeos.
Todavia, o mais surpreendente sobre esse assunto é a descoberta feita sobre a parede de Bacillus subtilis. Os pesquisadores descobriram que as fileiras formadas pelos dissacarídeos nessa bactéria eram muito grandes, bem maior que o comprimento e a largura da célula. Dessa forma, ela não se encaixaria em nenhum dos dois modelos já citados (camadas e andaime).
Através da microscopia de força atômica eles observaram e concluíram que o peptideoglicano de B. subtilis se enrola sobre ele mesmo e circunda toda a célula, semelhante a uma corda, por isso esse modelo ficou conhecido como “modelo em corda”.
A bactéria Bacillus subtilis, é uma espécie de bactéria gram-positiva, saprófita (se alimenta de MO em decomposição) 4–10 micrometro (μm) de comprimento e 0.25–1.0 μm de diâmetro, comum do solo e da água. Organismo esporulado, não patogênico, anaeróbica facultativa, com muitos flagelos, graças à sua termofilia é utilizado no monitoramento e validação de ciclos de esterilização por calor seco e óxido de etileno. Esta bactéria se destaca no controle de doenças do fitoplano (ou filoplano: a superfície das folhas e ramos) e em pós colheita. É um organismo muito versátil e efetivo na prevenção e controle de doenças causadas por várias espécies de patógenos em diversas culturas. Este microorganismo é conhecido também como rizobactéria promotora do crescimento de plantas (RPCPs).
Habita o solo e com frequência é isolada da rizosfera de diversas plantas cultivadas.
Além do gênero de bactérias Bacillus, as RPCPs mais estudadas são: Pseudomonas, Azospirillum e Rhizobium.
A parede celular apresenta açúcares modificados ligados a polipetídeos que envolve a membrana plasmática. Sua principal função é dar forma a bactéria, manutenção da forma celular além de proteção.
Parede celular de uma bactéria Mycobacterium sp
(Fonte: modif. de Wikipedia)
Comparação entre parede celular de uma bactéria
Gram positiva e uma bactéria Gram negativa
Coloração de Gram
O método da coloração de Gram é baseado na capacidade das paredes celulares de bactérias Gram-positivas de reterem o corante cristal violeta no citoplasma durante um tratamento com etanol-acetona enquanto que as paredes celulares de bactérias Gram-negativas não o fazem.
A técnica de Gram, mundialmente conhecida como coloração de Gram, é um método de coloração de bactérias desenvolvido pelo médico dinamarquês Hans Christian Joachim Gram (1853-1938), em 1884, o qual permite diferenciar bactérias com diferentes estruturas de parede celular a partir das colorações que estas adquirem após tratamento com agentes químicos específicos. O método que consiste em tratar sucessivamente um esfregaço bacteriano, fixado pelo calor, com os reagentes cristal violeta, lugol, etanol-acetona e fucsina básica. As bactérias que adquirem a coloração azul violeta são chamadas de gram-positivas e aquelas que adquirem a coloração vermelho são chamadas de gram-negativas. (WP)
A coloração de Gram é um dos mais importantes métodos de coloração utilizados em laboratórios de microbiologia e de análises clínicas, sendo quase sempre o primeiro passo para a caracterização de amostras de bactérias.
A técnica tem importância clínica uma vez que muitas das bactérias associadas a infecções (bactérias patogênicas) são prontamente observadas e caracterizadas como Gram-positivas ou Gram-negativas em esfregaços de pus ou de fluidos orgânicos.
Essa informação permite ao clínico monitorar a infecção até que dados de cultura estejam disponíveis. É possível a análise de vários esfregaços por lâmina, o que facilita a comparação de espécimes clínicos. As lâminas podem ser montadas de forma permanente e preservadas como documentação. (provida)
O método consiste no tratamento de uma amostra de uma cultura bacteriana crescida em meio sólido ou líquido, com um corante primário, o cristal violeta, seguido de tratamento com um fixador, o lugol.
Tanto bactérias Gram-positivas quanto Gram-negativas absorvem de maneira idêntica o corante primário e o fixador, adquirindo uma coloração violeta devido à formação de um complexo cristal violeta-iodo, insolúvel, em seus citoplasmas.
Segue-se um tratamento com um solvente orgânico, o etanol-acetona (1:1 v:v). O solvente dissolve a porção lipídica das membranas externas das bactérias Gram-negativas e o complexo cristal violeta-iodo é removido, descorando as células.
Por outro lado, o solvente desidrata as espessas paredes celulares das bactérias Gram-positivas e provoca a contração dos poros do peptidoglicano, tornando-as impermeáveis ao complexo; o corante primário é retido e as células permanecem coradas. A etapa da descoloração é crítica, pois a exposição prolongada ao solvente provoca a remoção do cristal violeta dos dois tipos de bactérias, podendo produzir resultados falsos.
A retenção ou não do corante primário é, portanto, dependente das propriedades físicas e químicas das paredes celulares bacterianas tais como espessura, densidade, porosidade e integridade e quantidade de peptidioglicano. (provida)
Em seguida, a amostra é tratada com um corante secundário, a fucsina básica.
Ao microscópio, as células Gram-positivas aparecerão coradas em violeta escuro e as Gram-negativas em vermelho ou rosa escuro.
Células de bactérias Gram-positivas, células velhas, mortas ou com envelopes danificados por agentes físicos ou químicos, tendem a perder o cristal violeta e uma mesma amostra bacteriana pode exibir parte ou todas as células coradas como Gram-negativas. Portanto, o uso de material fresco é importante.
Por outro lado, resultados do tipo "falso Gram-positivo" só são obtidos se o tratamento com etanol-acetona for omitido.
Passos da coloração de Gram
(Fonte: provida)
Bactérias coradas com coloração de Gram
Parede de bactérias Gram negativas e Gram positivas
Truque mnemônico para lembrar da ordem dos corantes
Procedimento
1) Confeccionar o esfregaço;
2) Corar com cristal violeta por 60 segundos;
3) Lavar com esguicho de água destilada;
4) Cobrir com Iodo de Gram ou Lugol por 60 segundos;
5) Lavar com esguicho de água destilada;
6) Descorar com álcool a 95%, ou acetona, 10-20 segundos;
7) Lavar com esguicho de água destilada;
8) Corar com safranina ou fuccina por 60 segundos
9) Lavar com água destilada, secar e observar ao microscópio.
Camada envoltória do citoplasma celular, constituída de fosfolipídeos, proteínas e estruturas como os lipídeos. Na membrana plasmática encontramos diversas proteinas executanto inúmeras funções entre elas as proteinas respiratórias ligadas a membrana.
4) Citoplasma
Líquido de consistência viscosa com presença de enzimas e metabólitos. Grande parte do metabolismo das células bacterianas ocorre no citoplasma.
5) Ribossomos
Os ribossomos bacterianos (procariontes), assim como os ribossomos eucariotos são constituídos RNA + proteínas (constituição Riboproteica).
Quem quiser poderá ver esse vídeo:
5) Ribossomos
Os ribossomos bacterianos (procariontes), assim como os ribossomos eucariotos são constituídos RNA + proteínas (constituição Riboproteica).
Os Ribossomos procarióticos ocorrem de forma livre mergulhados no citosol bacteriano.
São menores do que os ribossomos das células dos organismos eucariontes. Estão presentes no citoplasma de forma livre e são numerosos, existindo uma média de 10.000 ribossomos em uma única célula bacteriana.
São menores do que os ribossomos das células dos organismos eucariontes. Estão presentes no citoplasma de forma livre e são numerosos, existindo uma média de 10.000 ribossomos em uma única célula bacteriana.
Há um modelo que explica a evolução da subunidade ribossomal maior, a pequena subunidade ribossomal, tRNA e mRNA. Os ribossomos procarióticos evoluíram em seis fases, adquirindo sequencialmente capacidades para dobramento de RNA, catálise, associação de subunidades, evolução correlacionada, decodificação, translocação orientada por energia e proteinização de sua superfície.
As primeiras seis fases do modelo de acreção da evolução ribossomal. Na Fase 1, os RNAs ancestrais formam alças-tronco e mini-hélices. Na Fase 2, o LSU (subunidade maior) catalisa a condensação de oligômeros não específicos. O SSU (subunidade menor) pode ter uma função de ligação de RNA de fita simples. Na Fase 3, as subunidades se associam, mediadas pela expansão do tRNA de uma mini-hélice para a forma moderna de L. A evolução de LSU e SSU é independente e não correlacionada durante a Fase 1–3. Na Fase 4, a evolução das subunidades é correlacionada. O ribossomo é uma ribozima difusora não codificante na qual o proto-mRNA e a SSU atuam como cofatores de posicionamento. Na Fase 5, o ribossomo se expande para uma máquina de decodificação, translocação e movida a energia. A fase 6 marca a conclusão do núcleo comum com uma superfície proteinizada (no esquema as proteínas são omitidas para maior clareza). O mRNA é mostrado em verde claro. O tRNA do sítio A é magenta, o tRNA do sítio P é ciano e o tRNA do sítio E é verde escuro.
O ribossomo funcional é responsável por garantir a síntese de proteínas, e, quando o complexo é formado, podemos observar quatro sítios de ligação distintos, um sítio na unidade menor e três sítios na unidade maior (sítios P, A e E):
Sítio para ligação da molécula de RNA mensageiro presente na unidade menor.
Sítio P: Nesse local observa-se uma molécula de RNA transportador (RNAt) ligada à cadeia polipeptídica que está se formando.
Sítio A: Nesse local observa-se a presença de RNA transportador carregando o próximo aminoácido, que será ligado à cadeia polipeptídica.
Sítio E: Nesse local de saída, os RNA transportadores descarregados deixam o ribossomo (Petrov e cols, 2015).
Quem quiser poderá ver esse vídeo:
https://www.youtube.com/watch?v=lWX88X1naPk, no youtube
6) DNA
Micrografia eletrônica de varredura (MEV) de Chlorobium tepidum, bactéria Gram-negativa, termofílico, autotrófico obrigatório, sulphur green bacteria. As espécies de Chlorobium crescem em tapetes densos sobre fontes termais e outras águas ricas em sulfeto, lama e sedimentos. C. tepidum é uma bactéria autotrófica que utiliza fotossíntese anoxigênica (não produz oxigênio) e produz enxofre elementar como produto residual. Além disso, pode fotooxidar o hidrogênio, bem como outros compostos de enxofre, como sulfeto, polissulfeto e tiossulfato.
6) DNA
Uma bactéria do tipo Eschericha coli têm entre 2.500 e 3.500 genes em seu cromossomo circular que são responsáveis por todo o funcionamento celular. A identificação exata dos genes essenciais para o desempenho das funções celulares mínimas e construção de um genoma artificial com esses genes é o próximo grande desafio da pesquisa em genética molecular.
O conteúdo de DNA das bactérias geralmente está dividido em dois tipos de estruturas, o cromossomo bacteriano ou nucleóide e os plasmídeos.
Essas estruturas não são formadas apenas por DNA, existe associação com proteínas (que garantem dobramento e níveis de condensação adequados). Quando comparadas com as interações DNA-proteínas que existem nos cromossomos eucariontes, o dobramento do cromossomo bacteriano é mais simples.
Cromossomo Bacteriano
1) Contem os genes que codificam para proteínas essenciais para o funcionamento da célula.
2) Geralmente é uma estrutura única e circular, formada por uma molécula de DNA que fica presa á parte interna da membrana plasmática (o mesossomo);
3) Possui poucas regiões que não são genes (poucas regiões não codificantes);
4) É comum que genes relacionados com a mesma função ou via metabólica fiquem agrupados e sejam transcritos juntos (em uma mesma fita de mRNA) constituindo uma "unidade de transcrição". A tradução desse mRNA origina as proteínas codificadas pelos genes que fazem parte da região que foi transcrita.
5) Não contém genes interrompidos (são poucas exceções os genes com íntrons)
Plasmídeos
1) Moléculas de DNA circulares e pequenas que ficam livres no citoplasma;
2) Contêm genes que codificam para proteínas relacionadas com vantagens adaptativas como resistência a antibióticos e capacidade de degradar moléculas que eventualmente apareçam no meio;
3) Geralmente cada célula tem vários plasmídeos (iguais ou diferentes);
4) Podem ser transferidos horizontalmente (sem ser por reprodução).
OBS.: A aquisição de plasmídeos depositados no ambiente após a morte de uma célula é um dos mecanismos relacionados com o rápido desenvolvimento de bactérias com resistências múltiplas a antibióticos. Essa aquisição (denominada de transformação) não respeita barreiras entre espécies (plasmídeos de uma espécie podem ser incorporados ao citoplasma de outra espécie).
7) Fimbrias ou Pili e Flagelos
As fímbrias, algumas vezes também chamadas de pili, são composições formadas por filamentos, onde estão ligadas à função de aderência, e conjugação, pois transportam material genético. Estruturas retilíneas. Formadas por proteínas ex.: pilina. Pili geralmente oco e mais longo que as fimbrias com função de trocar material genético. Geralmente um ou dois por célula. Pili comuns adereência das bactérias às células hospedeiras. Pili sexuais: fixação entre as células doadoras e receptoras de material genético, durante a conjugação.
Fimbrias nos polos das células eu em toda sua superfície, com função de adesão à superfície do substrato e em outras células.
Os flagelos são composições filiformes utilizados na mobilidade da bactéria.
Estão presos na membrana plasmática pelo corpo basal, e movimentam-se com gasto de energia.
8. Nutrição
Heterotrófica e autotrófica (veja o esquema)
Heterotrófica e autotrófica (veja o esquema)
As bactérias decompositoras não decompõem somente corpos ou carcaças de organismos vivos, mas também dejetos e secreções como urina, fezes, matéria orgânica em geral, são processados por bactérias. Estes organismos degradam a matéria orgânica em moléculas simples que são liberadas no ambiente e podem ser novamente utilizadas por outros seres vivos. Assimi, elas atuam na reciclagem de nutrientes importantes para outros organismos.
As bactérias de tipo selvagem são prototróficas, i.e., conseguem sintetizar tudo de que necessitam para se multiplicar e se reproduzir quando têm uma fonte de energia e algumas moléculas inorgânicas.
As bactérias mutantes auxotróficas necessitam de outros metabólitos para seu desenvolvimento.
NUTRIÇÃO
SAPRÓFITAS
DECOMPOSITORAS
FOTOSSINTETIZANTES
Quando pensamos em fotossíntese, logo lembramos que um dos seus produtos é o oxigênio, certo? Afinal, sem o processo fotossintético, o oxigênio não completaria seu ciclo voltando para a atmosfera e, nós e os outros seres aeróbios, morreríamos sufocados. (blogdoenem)
Porém, em algumas espécies de bactérias autótrofas pode ocorrer o processo fotossintético um pouco diferente da fotossíntese que ocorre em cianobactérias e eucariontes, como protistas e plantas. Este processo diferenciado de fotossíntese ocorre em bactérias extremófilas (que vivem em condições extremas em que outros seres vivos não sobreviveriam), como as bactérias verdes sulfurosas e as púrpuras.(blogdoenem)
Chlorobium tepidum é uma bactéria anaeróbia fototrófica que também é termófila. Como membro da família Chlorobiaceae, é um organismo modelo de bactérias verdes sulfurosas. Os habitats dessa bactéria incluem águas anóxicas e ricas em sulfetoS, lama, sedimentos, esteiras microbianas e até mesmo consórcios microbianos. As células desta bactéria são bastonetes gram-negativos não móveis de comprimentos variados que fotooxidam compostos de enxofre reduzido.
C. tepidum foi isolado de certas fontes termais ácidas de alto sulfeto da Nova Zelândia. Em condições fotoautotróficas, a taxa de crescimento desta bactéria é mais rápida do que qualquer outro fototrófico anaeróbico, pois as gerações são produzidas a cada duas horas. Consequentemente, é um candidato ideal para estudar a fotossíntese e autotrofia em bactérias verdes.
Fig. 1 a, b. Phase contrast photomicrographs of cells of Chlorobium tepidum strains a TLS and b S. PTE.-I Cultures were grown at 47C for 48 h at 5400 lux. Marker bar = 5 gm. (WOESE, CASTENHOLZ, MARDIGAN, 1991)
C. tepidum tem complexos especiais de coleta de luz chamados clorossomos que contêm bacterioclorofilas e carotenóides. C. tepidum também tem a capacidade de fixar o nitrogênio atmosférico. A utilização de compostos de nitrogênio e enxofre por Chlorobium tepidum também é importante nos ciclos globais de ambos os nutrientes. Ampliação: x2.600 quando o eixo mais curto é impresso em 25 milímetros. (Credit DENNIS KUNKEL MICROSCOPY / SCIENCE PHOTO BIBLIOTECA).
Durante a fotossíntese, estas bactérias não utilizam água, mas sim gás sulfídrico (H2S), liberando enxofre em vez de oxigênio. Lembre-se de que durante a fotossíntese comum, o oxigênio gasoso liberado na fase clara é proveniente da fotólise da água.(blogdoenem)
Neste caso, como a água não é utilizada como reagente desta reação de fotossíntese, não será liberado oxigênio. Estas bactérias possuem clorofilas especiais chamadas de bacterioclorofilas que possuem composição diferente da clorofila das plantas. Veja a seguir a equação da quimiossíntese, da Fotossíntese bacteriana:
Comparação do espectro de absorção da clorofila (curva verde) e da bacterioclorofila (curva azul) (COGDELL, GARDINER AND CRONIN, 2014)
As bacterioclorofilas são pigmentos fotossintéticos que ocorrem em várias bactérias fototróficas. São relacionadas com as clorofilas, pigmentos principais nas plantas, algas e cianobactérias. Os grupos que contêm bacterioclorofila realizam fotossíntese, mas não produzem oxigénio. Usam comprimentos de onda que não são absorvidos em plantas. Diferentes grupos possuem diferentes tipos de bacterioclorofilas:
Bacterioclorofila a Bactérias púrpuras
Bacterioclorofila b Bactérias púrpuras
Bacterioclorofila c Bactérias verdes sulfurosas, Chloroflexi (Chloroflexaceae ou Chloroflexi são bactérias verdes não sulfurosas. Obtêm energia mediante fotossíntese. A sua denominação deve-se ao fato de possuírem um pigmento verde, que se encontra geralmente associado a estruturas membranosas internas chamadas clorossomas).
Bacterioclorofila d Bactérias verdes sulfurosas
Bacterioclorofila e Bactérias verdes sulfurosas
Bacterioclorofila g Heliobactérias
As bacterioclorofilas c e d são clorinas, com um anel pirrol reduzido, e as outras são bacterioclorinas, com dois anéis.
Chlorobium tepidum, também conhecida como bactéria verde sulfurosa, é uma espécie de bactéria autotrófica, que possui pigmentos verdes (bacterioclorofila C) agregados numa forma espacial diferente das plantas e são necessários para captar a energia solar. Estes agregados são extremamente eficientes na captação e transmissão da energia luminosa.
A sulfobactéria verde é uma bactéria termófila modelo. Estas bactérias usam compostos reduzidos de enxofre, tal como o sulfato, durante a fotossíntese como fornecedor de potencial redutor e não a água. Neste tipo de bactérias o dióxido de carbono não é fixado pela rubisco (ribulose bifosfato) no ciclo de Calvin que não possuem, mas sim, no ciclo do ácido acético invertido ou ciclo de Krebs invertido.
QUIMIOSSINTETIZANTES
Assim como a fotossíntese, a quimiossíntese é um processo autotrófico de conversão de moléculas de carbono, como dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), em matéria orgânica que será utilizada como alimento pelo organismo.
Porém, no lugar da energia luminosa, as reações que compõem a quimiossíntese utilizam a energia liberada pela oxidação de determinadas moléculas inorgânicas. Esta energia esta armazenada nas ligações covalentes dos compostos que serão oxidados. Essa fonte de energia vem de moléculas contendo elementos como enxofre (S), hidrogênio (H), nitrogênio (N), manganês (Mg) ou ferro (Fe).
Os organismos quimiossintetizantes incluem bactérias e arqueobactérias que vivem em ambientes carentes de luz.
Uma das reações de quimiossíntese mais conhecidas vem de bactérias que utilizam sulfeto de hidrogênio (H2S) como uma fonte de energia, funcionando como base de diversas cadeias alimentares de áreas próximas a fontes termais submarinas. Essas bactérias existem como organismos vivos livres ou formam relações de simbiose com outros organismos dessa região. Um bom exemplo dessas relações é o caso dos poliquetas conhecidos como pogonóforos. Esses animais são anelídeos que formam tubos verticais próximos a fontes termais no fundo dos oceanos e se associam a bactérias quimiossintetizantes, que vivem em um órgão do sistema digestivo do poliqueta. Estas bactérias produzem glicose (C6H12O6) a partir da oxidação do sulfeto de hidrogênio liberado pelas fontes termais, proporcionando assim uma fonte de alimento tanto para si quanto para o hospedeiro pogonóforo. A equação geral do processo de quimiossíntese utilizando sulfeto de hidrogênio é a seguinte:
12 H2S + 6 CO2 = C6H12O6 + 6 H2O + 12 S
Ao observar-se a reação acima, percebrmos a semelhança com a reação que produz glicose através da fotossíntese, exceto o fato que a fotossíntese libera gás oxigênio, enquanto a quimiossíntese produz enxofre sólido. Os grânulos de enxofre amarelo são visíveis no citoplasma de bactérias que realizam a reação.
Além dessa, bactérias que vivem no solo no ambiente terrestre também são capazes de realizar quimiossíntese, sendo mais conhecidas as que utilizam compostos de nitrogênio como fonte de energia. Essas bactérias são chamadas de nitrobactérias e pertencem aos gêneros Nitrosomonas e Nitrobacter, sendo essenciais no ciclo do nitrogênio em nosso planeta (infoescola).
As bactérias do gênero Nitrosomonas oxidam a amônia (NH3) presente no solo, transformando-o em íon nitrito (NO2–) e liberando energia.
Em seguida, essa energia é utilizada para a produção de glicose a partir do gás carbônico dissolvido na àgua. A seguir estão as equações gerais das reações de quimiossíntese realizadas pelas Nitrosomonas:
2 NH3 + 3 O2 = 2 NO2– + 2 H2O + 2H+ + Energia
6 CO2 + 6 H2O + Energia = C6H12O6 + 6 O2
As bactérias do gênero Nitrobacter, por sua vez, oxidam o íon nitrito (NO2–) transformando-o em íon nitrato (NO3–) em uma reação que também libera energia.
Da mesma forma que as Nitrossomonas, as Nitrobacter utilizam essa energia para produzir moléculas orgânicas de glicose a partir do CO2, seguindo as seguintes reações:
2 NO2– + O2 = 2 NO3– + Energia
6 CO2 + 6 H2O + Energia = C6H12O6 + 6 O2
9) Comparação entre Archaea e Eubacteria
10. Papel das bactérias
Bactérias são igual a doenças? Normalmente pensamos em patogenias quando ouvimos a palavra bactéria.
No entanto, bactérias que causam doenças são uma pequena parte das Eubactérias. As bactérias são importantíssimas e essenciais para a manutenção da vida em nosso planeta, uma vez que desempenham o papel de decompositores em todos os ecossistemas, estando portanto na base de todos os ecossistemas existentes.
Foram os primeiros seres vivos a aparecer em nosso planeta por volta de 3,8 bilhões de anos atrás e os primeiros organismos a produzir e liberar oxigênio, reduzindo a concentração de gás carbônico na atmosfera. Um fato inegável é que cloroplastos e mitocôndrias são bactérias que em eventos de endosimbiose "produziram" a célula eucariota ao invadir uma protocélula.
As bactérias tem papel essencial no ambiente como saprófitas (seres vivos que se nutrem de matéria orgânica em decomposição) e decompositores (que promovem ativamente a deconposição da matéria orgânica; ambas promovendo a ciclagem dos nutrientes (reciclagem da matéria orgânica). Com isso, os nutrientes como N2, CO2, Po4, K, Ca, Zn etc, voltam para os seu respectivos ciclos biogeoquímicos, possibilitando seu uso por outros organismos.
Ciclo do carbono
Ciclo do Nitrogênio
O Nitrogênio é um elemento químico com símbolo N, número atómico 7 e de massa atómica 14,00674 u (7 prótons e 7 nêutrons, com adição da pequena massa dos 7 elétrons), representado no grupo 7 da tabela periódica. Esse gás foi descoberto pelo médico escocês Daniel Rutherford em 1772, como componente separável do ar. Em condições normais forma um gás diatómico (N2), incolor, inodoro, insípido e principalmente inerte, não participando da combustão e nem da respiração, todavia pode formar bolhas no sangue sob pressão intensa (volta a forma de gás). O grupo do nitrogênio é o décimo quinto (15) grupo da tabela periódica, como todos os elementos dessa família, possui 5 elétrons na camada de valência. Eles são ocasionalmente chamados de pnicogênios ou pnigogênicos, palavra derivadas do grego (πνῑ́γω, pnigo: sufocar; e Γέν, gén: generar) que significam "sufocar". No grupo há uma transição clara do caráter não metálico para metálico quando se percorre a família de cima para baixo.
fontes
VACINAS
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