Aula da disciplina de Microbiologia Geral do Prof. Dr. Juliano de Carvalho Cury no CSL-UFSJ

1. 17/10/2013
Caractetizacão da Estrutura e Função
Celular
“Pequenos”
Limite: 0,15 µm
Pq tão pequenos?
É vantajoso ser
pequeno?
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
Papel dos micro-organismos
• 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
• 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
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2. 17/10/2013
Micro-organismos são unicelulares
THE ENDOSYMBIOTIC THEORY
Reduced carbon
Electron transport
compounds + O2
chain
Reduced carbon Fermentation Low ATP
compounds
yield
High ATP
yield
• Composição química – Macromoléculas (95% p.s.) – proteínas,
ácidos nucléicos, lipídeos e polissacarídeos
• Não significa que vivem isoladas
Aerobic bacterium
Anaerobic eukaryote
1. Eukaryotic cell surrounds
and engulfs bacterium.
• Comunidades
• Comunicação
2. Bacterium lives within
eukaryote cell.
Pyruvate
and O2
3. Eukaryote supplies bacterium
with reduced carbon compounds.
Bacterium supplies eukaryote with
ATP.
ATP
• Interação (e até definição) com o ambiente (habitat)
• Interação com animais e plantas
Principais características da vida celular
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3. 17/10/2013
Morfologia - forma
“a forma segue a função”
Primeira classificação – microscópios
Geneticamente direcionada e evolutivamente selecionada –
adequação ambiental
Limitações
Morfologia = forma
celular
Organização – característicos de alguns
gêneros
Cadeias de cocos – Ex. Streptococcus
Cubos tridimensionais – Ex. Sarcinas
Conjuntos “cacho de uva” – Staphylococcus
Bacillus
Spirulina
Bordetella
Clostridium
Staphylococcus Streptococcus
Escherichia
Salmonella
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4. 17/10/2013
Estrutura celular
Dinophyceae –
dinoflagelados –
autotróficos na maioria
Menor limitação
Membrana Citoplasmática – Bacteria
Funções
Functions of Cell Wall
Proteção – delimitação do citoplasma
Barreira de permeabilidade seletiva –
concentrar metabólitos e excretar dejetos
capacidade
de
Expessura de 6 a 8 nanômetros
Transporte e sistemas de transporte
transmembrana – hidrofobicidade (G1)
–
proteínas
Relativamente fluida – óleo muito denso
Reações bioquímicas produtoras de energia – prot. transm. –
força próton motiva
• 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 appendagesflagella, 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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5. 17/10/2013
Estrutura de bicamada fosfolipídica – mosaico de
proteínas
Célula eucariótica – esteróis – rigidez
Moléculas planas e rígidas
Ácidos graxos
Glicerol-fosfato
Archaea – mesma estrutura – diferença na ligação química
entre isopreno (porção hidrofóbica no lugar de ácido graxo) e
glicerol – ligação éter ao invés de éster.
Célula procarióticas – hopanoides
Monocamada lipídica – Archaea - hipertermófilos
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6. 17/10/2013
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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7. 17/10/2013
Diferenças entre as paredes das bactérias
Células gram+ e gram-
gram-positivas e gram-negativas
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 Grampara 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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8. 17/10/2013
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 grampositivas 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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9. 17/10/2013
Importante!
Bactéria Gram-positiva
Bacillus brevis
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
Bactéria Gram-negativa
Aeromonas hydrophila
Camadas de superfície celular
Cápsulas e camadas limosas:
• Ação de substâncias químicas e outras substâncias que podem
alterar a reação.
Capsules and slime layers



• Polissacarídeos ou proteínas


• Formação de biofilmes

Attachment
Protection from phagocytic
engulfment.
Resistance to drying.
Depot for waste products.
Reservoir for certain
nutrients.
protection
• Fator de virulência
• 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.
Fímbrias e pili
• Estruturas protéicas filamentosas
• Fímbrias – adesão – ex.: Salmonella
Pili
• Pili – mais longas, papel na conjugação, além da adesão – ex.:
Cólera
• 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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10. 17/10/2013
Inclusões Celulares
PHBs
• Armazenamento de energia e constituintes básicos, como o C
• Formas insolúveis
• Visível ao microscópio
PHB – poli-3-hidroxibutirato
• 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
Magnetossomos
• Incrustrações de magnetita (Fe3O4)

granulos
e
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.
Inclusions of
Bacteria
• 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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11. 17/10/2013
Endospores
(spores)



• Dormant cell
• Resistant to
adverse conditions
- high temperatures
- organic solvents
Identification of
Bacteria
Pathogenesis
Resistance
• Produced when starved
• Contain calcium
dipicolinate
DPA, Dipicolinic acid
• Bacillus and Clostridium
Flagelos
Nucleus
Polar
Lofotríquio
• Lacking nuclear
membrane, absence
of nucleoli, hence
known as nucleic
material or nucleoid,
one to several per
bacterium.
Polar
Peritríquio
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.



Flagella
Identification
of Bacteria
Pathogenesis
Motility of
bacteria
Monotrichate/Amphitrichate/Lophotrichate/Peritrichate
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