Microbiologia- Aula 02 - Anatomia funcional de Células Procariontes e Eucariontes - Parte I

Anatomia funcional de Células Procariontes e Eucariontes

Resumo baseado no texto proveniente do livro TORTORA, 10ed. Todas as informações são base empírica e funcional para o aprendizado.

                                                                                                       Por Rafael Salomão.

Apesar da complexidade e variedade dos seres vivos, todas as células vivas são formadas por duas unidades funcionais: Procariontes, ou Eucariontes. Em geral, os procariontes são estruturalmente mais simples, menores que os Eucariontes, sendo seu DNA arranjado em um cromossomo simples e circular, não circundado por uma membrana e não possuem organelas revestidas por membrana. Plantas e amimias são compostos por células Eucariontes, Bactérias, algas, fungos (leveduras) e protozoários por procariontes. Os vírus não se encaixam em qualquer classificação organizacional das células vivas. 

Diferença entre células Procariontes e Eucariontes 

PROCARIONTES

1. DNA não envolvido por membrana. cromossomo circular. (Algumas bactérias, têm dois cromossomos, e algumas bactérias possuem um cromossomo com arranjo linear.)

2. DNA não associado com histonas (proteínas cromossômicas especiais encontradas em eucariotos); outras proteínas estão associadas ao DNA.

3. Não possuem organelas revestidas por membrana.

4. Suas paredes celulares quase sempre contêm o polissacarídeo  complexo peptideoglicano.

5.  Normalmente se dividem por fissão binária. A  fissão binária envolve menos estruturas e processos que a divisão das células eucarióticas.

EUCARIONTES

1. DNA encontrado no núcleo das células, separado do citoplasma por uma membrana nuclear, em cromossomos múltiplos.

2. DNA associado às histonas e às proteínas não histonais.

3.Possuem organelas revestidas por membranas, incluindo mitocôndrias, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, lisossomos e algumas vezes cloroplastos.

4. Suas paredes celulares, quando presentes, são quimicamente simples.

5. A divisão celular geralmente envolve mitose. 

A célula procarionte 

Os procariotos compreende um vasto grupo heterogêneo de organismos unicelulares.Os procariotos incluem as: bactérias e arqueobatérias. As bactérias diferenciam entre sim através da sua morfologia, composição química, necessidade nutricional, atividade bioquímica e fontes de energia. Vamos abordar um pouco sobre este minusculo universo.

Tamanho, forma e arranjos das células bacterianas

A maioria das bactérias varia de 0,2 a 2,0 μm de diâmetro e de 2 a 8 μm de comprimento. Possuem formas básicas: cocos esféricos, bacilos e espiral.

Os cocos podem ser redondos, ovais, alongados ou achatados em uma das extremidades. Quando se dividem, as células podem permanecer ligadas umas às outras. Cocos que permanecem aos pares após a divisão são chamados de diplococos. Aqueles que se dividem e permanecem ligados uns aos outros em forma de cadeia são chamados de estreptococos.

Os que se dividem em dois planos e permanecem em grupos de quatro são conhecidos como tetrades.. Os que se dividem em três planos e permanecem unidos em forma de cubo, com oito bactérias, são chamados de sarcinas.

Os que dividem em múltiplos planos e formam agrupamentos tipo cacho de uva ou lâminas amplas são chamados de estafilococos. Essas características  são úteis na identificação de certos cocos.

Os bacilos  dividem somente ao longo de seu eixo curto em bastonetes simples, diplobacilos e os estreptobacilos.

As bactérias espirais possuem uma ou mais curvaturas; nunca retas. Bactérias que se assemelham a bastões curvos são chamadas de vibriões. Os espirilos possuem forma helicoidal, como um “saca-rolha”.Já os espiroqueta apresentam forma helicoidal e flexível. Ao contrário dos espirilos, que utilizam um apêndice para se mover, semelhante a uma hélice e chamado de flagelo, as espiroquetas se movem por meio de filamentos axiais, os quais lembram um flagelo, mas estão contidos dentro de uma bainha externa flexível.Além destas formas básicas, existem células com formato de Estrela (gênero Stella); retangulares e planas (arquibactérias halofílicas) do gênero Haloarcula e células triangulares.

A forma de uma bactéria é determinada pela hereditariedade. Geneticamente, a maioria das bactérias é, monomórfica, ou seja, mantém uma forma única. Entretanto, uma série de condições ambientais pode alterar sua forma, que, quando alterada, dificulta uma identificação. Além disso, algumas bactérias, como o Rhizobiume a Corynebacterium, são geneticamente pleomórficas, o que significa que elas podem ter muitas formas, não somente uma.

Estruturas externas a parede celular

As estruturas são: glicocálice, flagelo, filamentos axiais, fímbrias e pili. O glicocálice é secretado na superfície externa a Parede celular. É um polimero viscoso, gelatinoso, composto por polissacarídeos, polipeptídeos ou ambos. Sua composição química varia entre as espéceis. A depender do organização e aderencia a parede celular, o glicocálice pode ser denominado de cápsula (mais firmimente ligada) ou camada viscosa (mais frouxamente ligada). As cápsulas tem como função: contribuir na virulência bacteriana, proteção de fagocitose ( bactérias patogênicas). A glicocálice tem como função: formação de biofilme. Este ajuda ao oganismo fixar ao seu ambiente alvo.  Os flagelos são longos apêndices filamentosos que alguns procariotos possuem. Procariotos sem flagelos são chamados de atríqueas. Os flagelos podem ser classificados:

·         Quanto a distribuição:

o   Peritríqueos: distribuídos ao longo de toda a célula

o   Polar: Em um ou ambos os polos da célula

§  Polar monotríquero: Um único flagelo em um polo

§  Polar Lofotríqueo: Tufo de flagelo na extremidade

§  Polar Anfitríqueo: Flagelo em ambas as extremidades celular

·         Quanto as partes do flagelo:

o   Filamento: longa região mais externa, formada por flagelina,

o   Gancho: onde o filamento se adere,

o   Corpo basal: Ancora o flagelo à parede celular e à membrana plasmática.

·         Quanto a função do flagelo:

o   Mobilidade: é uma estrutura helicoidal semirrígida que move a célula por rotação do corpo basal. A mobilidade tem como função mover o organismo em direção a um ambiente favorável ou para longe de um ambiente adverso. O movimento para longe ou para perto do estímulo é chamado de taxia. Se o estimulo for químico ( quimiotaxia), luz ( fototaxia). Os estimulos são gerados por receptores presente ao longo da parede celular. Os receptores trasmitem uma infomação através de sinais quimicos para os flagelos. Se o sinal quimiotático for positivo ( atraente), negativo ( repelente).   Existem padrões de mobilidade ( ligado a velocidade e direção de rotação do flagelo). Os padrões são; corrida e desvio.

Os Filamentos axiais ou endoflagelos são feixes de fibrilas que se originam nas extremidades das células. Tem como função a mobilidade celular. As fímbrias e pili são estruturas curtas, retas e finas usadas para fixação e transferência de DNA. Essas estruturas são formadas por proteinas pilina. As fímbrias ocorrem nos polos das células bacterianas ou podem estar homogeneamente distribuídas em toda superfície da célula. Função de aderir a superfície na formação de biofilme. Já os pilis, somente um ou dois por célula, estão envolvidos na mobilidade celular e transferência de DNA denominado de translocação bacteriana. Em bactérias, conhecido como conjugação. 

A parede Celular  

A parede celular é uma estrutura complexa, semirrígida, responsável pela forma da célula bacteriana, circunda a membrana plasmática, protegendo-a de alterações adversas no ambiente externo. De forma geral, quase todos os procariontes possuem parede celular. Tem como principal função preveni a ruptura celular, além disso, é ponto de ancoragem aos flagelos. Embora alguns eucariotos, como plantas, algas e fungos possuam parede celular, sua parede difere quimicamente dos procariotos por serem mais simples estruturalmente e menos rígida. 

Composição e característica

Composta por macromoleculas peptideoglicanos também conhecido como mureína.

§          Polipeptídeo = porção de aminoácidos polipeptídicos

§   Glicanos = Porção de dissacarídeo formado por moleculas alternadas de NAM ( N-acetilmurâmico) e NAG ( N-acetilglicosamina)

As moleculas de NAM e NAG são ligadas em fileira para formar um esqueleto de carboidrato. os polipetídeos ligam-se de forma adjacente. Os aminoácidos ocorrem em um padrão único de D e L. As cadeias de aminoácido ( tetrapeptídeo – ligado ao NAM) que se ligam diretamente umas às outras ou unidades por uma ponte cruzada peptídica.

Composição e característica em GRAM

Os ácidos teicoicos tem função de transporte através da membrana, papel no crescimento celular, e força mecânica no impedimento da ruptura extensa da parede e lise.

Os peptídeosglicanos das gram-negativas estão ligadas as lipoproteinas da membrana interna e membrana externa. Este espaço é preenchido por periplasma ( fluido coloidal que contem alta concentração de enzimas de degradação de proteínas de transporte)

A Membrana externa das células gram-negativas tem várias funções. Sua forte carga negativa é um fator importante na evasão da fagocitose, fornece barreira a certos antibióticos, enzimas digestivas ( lisozima, detergentes, metais pesados, sais biliares e certos corantes). Os nutrientes atravessam a membrana externa através da porina. Os lipopolissacarídeos são moléculas grandes e complexas que contem lipídeos e carboidratos. Os lípideos A funcionam como uma endotoxina, quando as bactérias gram-negativas morrem. O cerne tem papel estrutural – fornecendo estabilidade a membrana. O polissacarídeo O funciona como antígeno, sendo útil para diferenciar espécies de bactérias gram-negativas. 

Mecanismos de coração em GRAM

Tem como base as diferenças nas estruturas da parede celular das bactérias gram-positivas e gram-negativas e como reagem aos vários reagentes. 

• Cristal violeta, cora as células gram-positivas e gram-negativas de púrpura, penetrando no citoplasma de ambas. 
• O lugol (iodo-iodetada) quando aplicado, forma cristais (grandes) com o corante que não conseguem escapar da parede celular.
• A aplicação de álcool desidrata a peptideoglicana das células gram-positivas torando mais impermeável ao cristal violeta-iodo. Em gram-negativas dissolve a membrana externa, cria aberturas na fina camada membranar de peptideoglicana, dissolvendo o cristal violeta-iodo
• Assim as gram-negativas ficam incolores após aplicação do álcool, a adição de safranina (contracorante) torna as células cor-de-rosa. Embora as células gram-positivas e gram--negativas absorvam a safranina, a coloração rosa da safranina é mascarada pelo corante roxo-escuro previamente absorvido pelas células gram-positivas.

Parede celular atípica

Entre os procariotos, certos tipos de células não possuem paredes ou têm pouco material de parede. Eles incluem os membros do gênero Mycoplasma e organismos relacionados. Sua membrana plasmática possuem esteróis, que protegê-as da lise (ruptura). As arquibactérias podem não ter paredes ou ter paredes incomuns compostas de polissacarídeos e proteínas, mas não de peptideoglicana. Essas paredes possuem pseudomureína. A pseudomureína contém ácido N-acetiltalosaminurônico em vez de NAM, e não possui os D-aminoácidos encontrados nas paredes celulares bacterianas. As arquibactérias geralmente não podem ser coradas pelo gram, mas aparentam ser gram-negativas por não conterem peptideoglicana.

Parede celular álcool-ácido resistente.

A coloração álcool-ácido resistente é usada para identificar todas as bactérias do gênero Mycobacterium e espécies patogênicas de Nocardia. Apresentam altas concentrações de ácido micólico, são coradas com carbolfucsina.

Danos a parede celular

As substâncias químicas que danificam a parede celular bacteriana ou interferem com sua síntese frequentemente não danificam as células de um hospedeiro animal, pois a parede celular bacteriana é composta de substâncias diferentes daquelas presentes nas células eucarióticas. Portanto, a síntese da parede celular é o alvo de algumas drogas antimicrobianas

Um meio pelo qual a parede celular pode ser danificada é pela exposição à enzima digestiva lisozima. Enzima que ocorre naturalmente em algumas células eucarióticas. Essa enzima age sobre os principais componentes da parede celular da maioria das bactérias gram-positivas, tornando-as vulneráveis à lise, catalizando a hidrólise das pontes entre os açúcares nos dissacarídeos repetitivos do “esqueleto” de peptideoglicana.

• Se a membrana plasmática  ficar intacto, a célula sem parede é denominada protoplasto. O protoplasto é esférico ou irregular (forma L) e capaz de realizar metabolismo.
• Formas L podem viver e se dividir repetidamente ou retornar ao estado delimitado pela parede.
• lisozima não destroi na mesma extensão que em células gram-positivas; parte da membrana externa também permanece. Nesse caso, o conteúdo celular, a membrana plasmática e a camada restante da parede externa são denominados esferoplasto.
• Protoplastos e os esferoplastos se rompem em água pura ou em soluções muito diluídas de sal ou açúcar. Essa ruptura é denominada lise osmótica
• a penicilina destroem as bactérias interferindo com a formação das ligações cruzadas peptídicas da peptideoglicana, impedindo, assim, a formação de uma parede celular funcional.