Morfologia BacterianaMicrobiologia Básica Profa. Regina Nardi O modelo procariótico x eucariótico Células Eucarióticas Célula Procariótica Principais características da célula bacteriana Característica Tamanho da célula Procariótica 0,2 a 2 Qm de dia. (Mycoplasma) e 2 a 8 Qm de comp; Epulopiscium fishelsoni 500 Qm comp. Sem membrana nuclear ou nucléolo ausentes Eucariótica 1 a 200 Qm dia. Núcleo Organelas revestidas por membrana Flagelos Glicocálice Parede celular Membrana citoplasmática Citoplasma Ribossomos Cromossomos Divisão celular Reprodução sexuada Núcleo revestido por membrana nuclear e nucléolos Presentes (lisossomos, complexo de golgi, RE, mitocôndias e cloroplastos) Complexos, consistem de múltiplos microtúbulos Presentes em algumas células que não apresentam parede celular Quando presente, quimicamente simples Esterois e carboidratos que servem como receptores Com citoesqueleto Maior (80S) e 70S nas organelas Múltiplos cromossomos lineares Mitose meiose Consistem de dois blocos de proteína Presente como cápsula ou camada viscosa Usualmente presente, complexa (peptiodeoglicano) Sem carboidratos e geralmente não tem esteróis Sem citoesqueleto Tamanho menor (70S) Cromossomo circular único, não possui histonas Fissão binária Sem meiose, somente transferëncia de fragmentos de DNA Os cinco reinos de Wittaker . Bactérias . 1980 Ancestral .A divisão dos seres vivos em três grandes domínios.Carl Woese. Bacteria X Archaea Bacteria Maior grupo Inclui todos os procariotos de importância clínica Pequeno número de espécies habitam ambientes de condições extremas Algumas espécies são fotossintéticas Nenhuma espécie produz metano Possuem parede com peptideoglicano Lipídeos: ac. graxos ligados ao glicerol por ligações ester Archaea Menor grupo Até agora não se conhece nenhuma espécie de importância médica Alta proporção habita ambientes de condições extremas (halófilos extremos e termo-acidófilos) Nenhuma espécie é fotossintética Todas as espécies produtoras de metano estão neste grupo Paredes celulares com estrutura química diferente do peptideoglicano Lipídeos: cadeias laterais hidrofóbicas ligadas ao glicerol por ligações éter . Principais grupos: Halófilas Metanógenas Extremo termófilas . locais de altas temperaturas (regiões vulcânicas) . condições extremas de salinidade extremas e/ou acidez.Grupos de Archea Habitat: ventos termais e superfícies de oceanos. Tamanho as espécies de maior interesse médico medem entre 0. .5 a 1.0 m por 2 a 5 m. Formas . . se dividem segundo um plano. ESTREPTOCOCOS Cocos en cadeias. Neisseria meningitides (meningococo).Arranjos de bactérias: a) cocos DIPLOCOCOS cocos agrupados aos pares. Streptococcus pneumoniae (pneumococo). Ex: Neisseria meningitides (meningococo). Streptococcus mutans. permanecem unidas Streptococcus lactis. Arranjos de bactérias: a) cocos y ± ± TETRADES Cocos en grupos de quatro se dividem segundo 2 planos que forman ângulo reto entre si Cocos do gênero Gaffkys comun no solo e Pediococcus. Microrganismos do solo. y ± ± SARCINA Cocos dispostos em cubos de 8. bacterias metanogênicas . resultam da divisão em três planos perpendiculares entre si. Arranjos de bactérias: a) cocos y ± ± ESTAFILOCOCOS Cocos en cachos. Staphylococcus aureus . resultam da divisão en planos desordenados. Staphylococcus sp. na pele humana . Arranjos de bactérias b) Bacilos Diplobacilos Estreptobacilos . Arranjos de bactérias b) Bacilos Paliçada: Corynebacterium spp.. bacilo da difteria Rosetas: Caulobacter (bacilo aquático) . Não apresentam arranjo característico Espirilos: possuem corpo rígido Espiroquetas: São flexíveis Ex: Aquaspirillium Ex: Treponema pallidum .Arranjos de bactérias C) Espirilos. podem se assemelhar aos cocos. Vibrião: formas espiraladas muito curtas. . Ex: Brucella melitensis. Ex: Vibrio cholerae.Formas de transição Cocobacilos: bacilos são muito curtos. assumindo a forma de vírgula. Formas de transição Stella : morfologia semelhante a uma estrela Haloarcula:morfologia retangular . Célula Bacteriana Procariótica Típica Estruturas Essenciais ____ Estruturas Não Essenciais ____ . Parede celular . 10 a 40% do peso seco da célula Confere rigidez e mantém a forma da célula Prevenir a ruptura da célula (lise osmótica devido a pressão de turgor) Ancoragem do flagelo Fator de virulência Local de ação de alguns antibióticos Composição química usada para diferenciar tipos de bactérias (Gram + e -) Local de fixação de bacteriófagos (vírus de bactérias) . semi-rígida.Funções Estrutura complexa. Composição da parede celular Peptideoglicano 2 açúcares (ß 1-4) Aminoácidostetrapeptídeo . Estrutura da parede celular .Cada camada do peptideoglicano é formado por uma fina lamina composta por 2 derivados de açúcares interligados por meio de ligações peptídicas cruzadas formadas pelos aminoácidos (rigidez). . Asp. Tre.Ala (COOH) em bactéria gram ± b) Presença de ponte interpeptídica (5 Gly) em bactéria gram + (Ser.Parede celular a) Ligações cruzadas estabelecidas diretamente pela ligação entre DAP (amino) e D. Gly) c) Estrutura geral do peptideoglicano unidas entre si por ligações cruzadas . Paredes celulares . proteínas e ácidos teicóicos . altamente sensíveis a antibióticos Flactámicos Contém lipídeos.40 camadas (90%) sensíveis à lisozima.20 a 25 nm de espessura > quantidade de peptideoglicano .Bactérias GRAM positivas ácido teicóico Peptideoglicano Membrana Citoplasmática parede mais espessa e rígida . constituem antígenos de superfície Ácidos lipoteicoicos ancoram a parede a membrana plasmática .Bactérias Gram positivas Ácidos teicoicos: Polímeros de glicerol ou ribitol fosfato unidos a acúcares e D-alanina ± carga negativa: auxilia passagem de íons Aumentam a rigidez celular. Com ácido teicoico O ácido teicoico é um polímero de glicerol fosfato (laranja) ligado ao peptidoglicano por uma molécula de ligação (acúcares e Dalanina -vermelho).Estrutura do peptideoglicano do Streptococcus sp. . < quantidade de peptideoglicano. é uma dupla camada: externa constituída por lipopolisacáridos (LPS) e a interna de fosfolípidos.unida ao peptidoglicano por lipoproteínas (estabilização) Parede . 1 a 2 camadas (10%) .Lipopolissacarídeo-LPS Bactérias Gram negativas Membrana Externa Porinas Lipoproteína Peptideoglicano Periplasma Membrana Citoplasmática menos espessa -10 a 15 nm de espessura Bicamada: .Membrana externa: cerca de 7-8 nm de espessura. . Gram - Canais Porinas: São proteínas que existem em trímeros na membrana externa e que formam canais pelos quais podem passar moléculas com tamanho inferior a 600±700 Daltons (ex.Parede celular.monossacarídeos) . Específico de cepa. glucose.coli. Graxos de cadeia longa. . . Polissacárideo interno (core)-Liga o lipídeo A ao antígeno O . principalmente em Salmonella. galactose e NAG). raminose. E.Usualmente específico de espécies Cadeia lateral O (Polissacarídeo O-específico ou antígeno O) . . Shigella.Projeta-se para o exterior da célula.Lipopolissacarídeo (LPS) (endotoxina) Lípido A ±dissacarídeo de glicosamina fosforilado ligado a ác. manose e abequose) que se repete um número variável de vezes.É constituído por um núcleo central de monossacáridos (galactose. .Endotoxina pirogênica.É altamente hidrofóbico e existe inserido na membrana externa.Possui ácido ceto-desoxi-octonato (CDO) e carboidratos (heptoses. . cogulação vascular disseminada. . -Efeito farmacológico inespecífico: liberação de IL1 e TNF por macrófagos ± febre.Funções do LPS Escapar das defesas imunitárias do organismo (anticorpos) . choque.As bactérias Gram negativas podem mudar a estruturado antígeno O aumentando ou diminuindo a sua dimensão ou modificar a ordem dos monossacárideos . ferro. aminoácidos. sais biliares. de moléculas hidrofílicas de baixo peso molecular (açúcares. enzimas digestivas.barreira contra moléculas Hidrofóbicas. Permite a passagem por difusão passiva. peptídeos). vitaminas. Contém sistemas de transporte de substâncias de grande tamanho que não passam pelas porinas (ex. metais pesados. nucleotídeos. por exemplo. Determinante de patogênicidade (Lípido A = endotoxina). Barreira protetora que previne ou regula a entrada de.Funções da membrana externa LPS cria superficies densamente hidrofílicas . Locais de fixação para vírus e substância nocivas (bacteriocinas) . Local de ação de anticorpos. pelas porinas. vitamina B12). antibióticos. detergente e outras substâncias tóxicas para a bactéria. É é ocupado por um gel . açúcares (Proteínas de ligação à maltose) e vitaminas. Proteínas de ligação à penicilina (lactamases) (bomba de extrusão de antibiótico. Catalases.periplasma. . metais pesados).Espaço periplásmico É o espaço físico que existe entre a membrana citoplasmática e a parede celular das bactérias. São centros de processamento metabólico importantes nas células procarióticas por possuírem: ± Enzimas hidrolíticas (lipases. Fosfodiesterases e desidrogenases Degradação e síntese do peptidoglicano .Proteínas de transporte de aminoácidos.Processamento de nutrientes orgânicos demasiado grandes para passar pela membrana citoplasmática. Chaperones. nucleases e proteases) . y Pseudo-peptideoglicano (metanogênicas) 2 açúcares: N-acetilglucosamina e ácido N-acetiltalosaminurônico (ß 1-3) Ausência de parede. .Composição da parede celular Parede atípicas: Archaea Proteínas..Micoplasma spp. Mycobacterium spp.bactérias alcool-ácido resistentes Conteúdo de lipídeos > 60%. glicoproteínas ou polissacarídeos complexos Não contém peptideoglicano típico Com ausência ácido N-acetilmurâmico e D-aminoácidos.estabilidade da membrana é conferida por lipídeos esteróis: protege a célula da lise osmótica.ácidos micólicos e glicopeptídeos . Etapas da Coloração de Gram Christian Gram em 1884 . . Membrana Citoplasmática Membrana citoplasmática: 4 a 5 nm de espessura constituída principalmente de fosfolipídeos e proteínas Eucariotos: carboidratos e esteróis . Estrutura Pode conter esteróides de estrutura similar ao colesterol. membranas adaptadas a condições extremas éteres de alcóol isoprenóide. *em Archaea. algumas monocamadas Região de ácidos graxos (hidrofóbica) Porção do glicerol do fosfolipídeo (hidrofílica) . Funções da membrana citoplasmática Permeabilidade seletiva de numerosas enzimas do metabolismo: respiração Pigmentos e enzimas envolvidas na fotossíntese Controlar a ¹ bacteriana Enzimas envolvidas no transporte de substâncias Sede . Permeabilidade . Os sideróforos complexam com íons férricos (Fe3+) com elevada afinidade e depois os fornecem às células. São fenolatos e hidroxamatos (derivados do ácido hidroxâmico).Entrada do ferro através de sideróforos São normalmente compostos de baixo peso molecular secretados por bactérias e fungos crescendo em meios deficientes em ferro. . Sideroforos produzidos por microrganismos Ferricromo (fungos) enterobactina aerobactina . Captação de ferro pelos sideróforos Sideróforos removem Fe das glicoproteínas transferrinas presentes nos fluídos corporais Sideróforos complexados ao Fe se ligam a proteínas receptoras de superfície. . Proteínas transportadoras de Fe através da Membrana com gasto de ATP (Estaloferrina A). os sideróforos podem ser novamente utilizados para o transporte do ferro. e reduzido à forma de ferro ferroso (Fe2+). Depois de libertarem o ferro. presentes na ME de Gram ± (Tpn) ou na membrana citoplasmática de Gram +. sozinho ou complexado com os sideróforos. O ferro é depois enviado para dentro da célula. parecem estar envolvidos na replicação de DNA e divisão celular. são considerados ³artefatos´ . Atualmente.MESOSSOMOS invaginações da membrana citoplasmática. Estruturas externas à parede celular Flagelo Fimbrias Cápsula . gancho e filamento helicoidal. Comum em bacilos Comprimento.10 a 20 Qm motilidade (taxia) estimulado por substâncias químicas (quimiotaxia) ou por luz (fototaxia).Flagelos Longos filamentos delgados e ondulados e semi-rígidos. . Função: 3 partes: corpo basal. propelindo a célula através do meio.Anel P Membrana citoplasmática-Anel S-M Gram + : ausência do anel L Proteínas Mot (motor flagelar) e Fli (direção da rotação) Gram O motor flagelar apresenta um movimento de rotação que se propaga ao filamento.Anel L Peptideoglicano . Energia: oriunda da força próton motora Proteínas sensoras (MC) são quimiorreceptores que percebem os sinais do ambiente e interagem com as proteínas Fli .Pequeno eixo inserido em um sistema de anéis que se inserem no: LPS (Gram -) .Estrutura do Flagelo Filamento (flagelina) Gancho (conecta o filamento ao corpo basal-motor flagelar) Corpo basal. Pseudomona aeruginosa Anfitriquios: um flagelo em cada extremidade y .Disposição dos flagelos y Monotríquio: um único flagelo polar Vibrio comma. Salmonella y .Disposição dos flagelos y Flagelos lofotríquios: 2 ou mais flagelos em um polo da célula Pseudomonas fluorescens. Escherichia coli. Proteus vulgaris. Spirillum Flagelos peritríquios: distribuídos por toda a superficie da célula. Movimento de bactérias com flagelos polares Movimento do flagelo resulta da rotação do seu corpo basal no sentido horário ou anti-horário e depende de energia quimica-ATP Permite a bactéria responder a estímulos: taxia (Fototaxia e quimiotaxi) . Movimento de bactérias com flagelos peritríquios Corridas/cambalhotas controladas por quimioatraentes e repelentes velocidade = 100µm/seg (60 x comp./s) Guepardo: mais veloz (25 x comp/s) . que pode dar várias voltas completas em torno da célula.localiza sob a bainha externa . denticola). Filamento axial . no caso das espiroquetas (exs. Treponema pallidum e T.Filamentos axiais Pode ocorrer por movimentos de contração e distensão ± devido à existência de um filamento axial. Mobilidade bacteriana sem flagelos Pode ocorrer por deslizamento. Envolve o movimento de proteínas específicas de mobilidade ancoradas nas membranas citoplasmáticas e externas que propelem a célula para a frente ± mecanismo de cremalheira contínua. . no caso das bactérias filamentosasCianobactérias com produção de polissacarídeos limosos ± estabelece o contato entre a superfície celular e a sólida. Mobilidade invasiva (swarming) Células pequenas. . móveis e vegetativas de uma colônia diferenciam-se em células alongadas e hiperflageladas (flagelos laterais) que se agrupam formando ³jangadas´ e migrando para longe da colónia. Mobilidade invasiva de Proteus sp. . Especificidade para célula. Uma célula bacteriana pode estar envolvida por mais de 500-1000 fímbrias. mais comuns em bactérias Gram negativas.a pilina São determinados por genes cromossômicos. Neisseria gonorheae . funções de adesão a superficies e colonização do hospedeiro. tecidos e hospedeiro.FÍMBRIAS Filamentos protéicos mais curtos e delicados do que os flagelos. São compostos por um único tipo de proteína. Pili sexuais estruturas ocas e geralmente lineares com diâmetro de 3 a 10 nm constituídas de proteínas chamadas de pilina. união entre a célula receptora e doadora durante a conjugação para troca de material genético -pili sexual. pili 1 ou 2 por célula . forma apenas uma camada difusa.Cápsulas Algumas bactérias secretam materiais viscosos.polissacarídeos.sustentação da célula. Archeas: . polipeptídeos e complexos de proteínas e polissacarídeos Cápsula: o material está disposto de modo compacto ao redor da célula Camada mucosa: o material é solto.composta por proteínas ou glicoproteínas ligadas a parede . camada S . S. pneumoniae. mutans. contra fagos. Confere resistência à fagocitose. incluindo as IgGs e os fatores do complemento). detergentes. Proteção contra protozoarios.Cápsulas . etc. K. toxinas. ação de agentes antimicrobianos. pneumoniae. A cápsula tem carga negativa repelindo as macromoléculas aniônicas e impedindo a ligação e penetração de proteínas de carga negativa cujos receptores se encontram na membrana externa (ex. Streptococcus Enterobacter aerogenes . Bactérias capsuladas são mais virulentas.funções Papel na virulência -Proteção contra defesa do hospedeiro S. colicinas e componentes do soro. reservatório de água e nutrientes .Cápsulas .funções Proteção contra dessecação (solo) Constituem reserva de carboidratos Atuam como depósito para produtos de escória. aeruginosa em lente de contato .resistência a biocidas Biofilme com P. fungos e protozoários) formação de biofilme .Funções da cápsula Papel na aderência a superfícies Ajudam na formação de biofilmes: infecção e biocorrosão. micro algas. (bactérias. contém enzimas. carboidratos. gentamicina (30S) cloranfenicol (50S) .Estruturas Celulares Internas Área Citoplasmática Citoplasma: 80% de água. íons inorgânicos e compostos de baixo PM e estruturas citoplasmáticas 70S. alto número-granular Sm. lipídeos. Plasmídeos de virulência: Toxina exfoliativa ± Staphylococcus aureus. 1mm de comprimento (10000 X) Proteínas semelhantes às histonas Plasmídeos Moléculas de DNA circulares Genes não determinam funções essenciais.DNA Núcleoíde Está associado com a membrana citoplasmática DNA dupla fita circular.Plasmídeos catabólicos ± Pseudomonas ± tolueno. hidrocarbonetos do petróleo .Plasmídeos colicinogênicos ± síntese de bacteriocina . . neurotoxina de Clostridium tetani. fenol.Pasmídeos F ± fator de fertilidade .Plasmídeos R ± resistência a antibióticos. metais pesados e toxinas celulares . mas conferem vantagens seletivas às células: .Material genético . Plasmídeos bacterianos . construção de árvores filogenéticas .aspecto granular (milhares) Constituídos de proteínas e de rRNA Sub-unidade 50S contém 2 moléculas de rRNA Sub-unidade 30S contém 1 molécula de rRNA Sequenciamento de rRNA 16S .Ribossomo Célula procatiota ± 70S (50S + 30S) Citoplasma . A sua função é armazenar esta enzima e podem também ser um local de fixação de CO2 .5bifosfato carboxilase.Inclusões citoplasmáticas Grânulos de armazenamento: polifosfato (Pi). lipídeospolihidroxibutirato (PHBs). enxofre. bactérias nitrificantes e tiobacilos. Contêm a enzima ribulose-1. caroidratos ( glicogenio ou amido) Carboxissomos (orgânico) ± presentes em muitas cianobactérias. Composto de natureza lipidica formado por unidades de ácido de poli-F-hidroxibutiríco .Àcido poli-F-hidroxibutiríco . baixa tensão de O2 e alta concentração de Fe3O4 . movem para baixosedimentos .respondem a campos magnéticos.Grânulos de reserva.Magnetossomo Formados em algumas bactérias GRAM ± Óxidos de Fe-magnetita armazenados em vesículas membranosas Geram um dipolo magnético permanete na célula permitindo-a reagir a um campo magnético Aquapirillum. Vesículas de gás Cilindros ocos. criando uma superfície impermeável a água e permeável ao gás. Reduzem a densidade final da célula. Vesículas de gás de cianobactérias. e reforçadas por ligações cruzadas promoviadas pelas proteínas GvpC. aumentando a sua flutuabilidade.Anabaena (pontos brilhantes) e Microcystis (arranjadas em feixes) . formados por proteínas GvpA alinhadas de forma paralela. Vesículas de gás Bactérias aquáticas.regiões com intendidade luminosa ótima à fotossíntese . fotossintetizantes Flutuação de cianobactérias (florescimento) . Esporos bacterianos Produzidas por bactérias gram + . Os endosporos são muito resistentes às seguintes condições de stress ambiental: Calor.V. e Desinfectantes químicos e Dissecação Formação é ativada por stress. principalmente pelos gêneros Bacillus e Clostridium Estruturas de resistência. capazes de sobreviverem vários anos. Radiação U. e a disponibilidade de nutrientes dispara a germinação e crescimento Endosporos de Bacillus subtilis . portanto.A posição do endosporo na célula Difere de acordo com as espécies bacterianas sendo. um elemento útil de identificação. Assim os esporos podem ter localização: . Endosporulação ± resposta a stress ambiental como a falta de nutrientes, dessecação, temperatura alta. Dura cerca de 10h no Bacillus megaterium. Formção de camada adicional de proteínaexospório A Membrana invagina formando um septo individualizando o DNA A Membrana continua a crescer e engolfa o esporo Camada de peptideoglicano é formada entre as duas membranas-Cortex Estrutura do acido dipicolinico Constituição dos endosporos Nucleo do endosporo: - Cerca de 10 -15% do peso seco do endosporo é constituído por ácido dipicolínico complexado com cálcio. - Quantidades substanciais (1020% da quantidade total) de proteínas básicas de baixo peso molecular, as SASPs Cortex: moléculas de peptideoglicano Capa do esporo ± proteínas específicas do esporo Exospório - invólucro externo confere resistência aos compostos alcalinos, composto por proteínas Núcleo do esporo Exospório Capa do esporo Membrana externa Cortex Membrana interna Tanto os invólucros do esporo como o cortex são importantes na resistência do esporo aos biocidas. DNA protegido pela formação de complexos com o dipicolinato de cálcio e proteínas SASPs SASPs parecem ser determinantes para a resistência do endosporo às radiações ultravioletas e aos biocidas químicos (ex.Resistência intrínseca dos endosporos bacterianos aos biocidas e calor Os endosporos são as formas bacterianas mais resistentes aos agentes biocidas. peróxido de hidrogénio) SASPs podem ser utilizadas como fontes de C e energia no desenvolvimento de uma nova célula vegetativa-germinação Desidratação do protoplasto . perda de resistência ao calor e a outros stress ambientais. o aquecimento.Passagem de um endosporo a uma célula vegetativa 1) Ocorre em três fases: Ativação ± Processo reversível que prepara o esporo para a germinação e que normalmente resulta de tratamentos diversos como. aminoácidos e açucares). ruptura do invólucro do esporo. .Perdem o dipicolinato de cálcio e os componentes do cortex e degradação de PPASs 3) Crescimento ± o protoplasto fabrica novos componentes. . 2) Germinação ± Caracterizada pelo intumescimento do endosporo. é ativada pela adição de nutrientes (ex. emerge do invólucro e origina-se uma nova forma vegetativa. aumento de atividade metabólica. por exemplo. Endoesporulação .