Estruturas das Células Procarióticas e Eucarióticas

Ultra-estrutura dos Microrganismos Procarióticos

A maioria das bactérias (organismos procarióticos) são unicelulares e apresentam uma forma simples (esférica, cilíndricas ou espiraladas), apesar dos 3,5 a 4 bilhões de anos durante os quais elas tem evoluído

Estrutura Geral de uma célula (bacteriana) procariótica típica :

Flagelos e pelos

1. são estruturas externas à parede celular. Filamentos finos e ocos, que se estendem a partir da membrana citoplasmática atravessando a parede celular, e que nem todas as células possuem
2. os flagelos são usados para locomoção da bactéria, pulsionando-a através do líquido em aproximadamente 100µm/seg (3000 vezes o seu comprimento). São mais longos que a célula (medindo de 15 a 20µm). A energia para mover os flagelos vem da força protomotiva
3. os pelos ou fímbrias não são usados para locomoção, são mais finos, menores, mais retos e mais numerosos que os flagelos. São ocos e a maior parte deste tipo de filamento está envolvido com a adesão à superfície

Glicocálice

1. é um material viscoso (geralmente polissacarídeos) que circunda algumas células bacterianas. Chamado de cápsula quando se encontra organizado e acoplado à parede celular; e camada limosa se se encontra desorganizado e acoplado frouxamente à parede celular - esta última tende a ser solúvel em água deixando assim o meio viscoso (como é o caso da viscosidade do leite)
2. apresentam várias funções :

• aderência (em pedras onde passa água em grande movimento; em raízes de plantas; na superfície lisa dos dentes humanos provocando a cárie)
• proteção (contra dessecamento)
• evitar a adsorção e lise das células por bacteriófagos

Parede celular

1. é rígida, suportam altas pressões, mantendo assim a forma característica de cada célula. Serve como uma barreira a algumas substâncias prevenindo a evasão de certas enzimas que poderiam causar danos à célula
2. podem reter corantes, alguns antibióticos, sais biliares, metais pesados e enzimas degradativas, em contra partida os nutrientes líquidos necessários à célula tem passagem permitida
3. as paredes celulares são camadas de diferentes substâncias que variam de acordo com o tipo de bactéria envolvida, diferindo em espessura e composição

Gram-Positivas :

1. membrana citoplasmática:
   • fosfolipídeos
   • proteínas
2. parede celular:
   • peptidoglicano - polímero poroso e insolúvel, em grande quantidade nestas bactérias (50% ou mais do peso seco da célula), tornando a parede bem espessa
   • ácido teicóico - polímero de glicerol e ribitol fosfato; carregados negativamente pode ajudar no trasporte de íons + para dentro e fora da célula; e no armazenamento de fósforo. Se encontram ligados ao peptidoglicano ou à membrana citoplasmática
   • polissacarídeos - ligados ao peptidoglicano

Gram-Negativas:

1. membrana citoplasmática:
   • fosfolipídeos
   • proteínas
2. parede celular - localizada no espaço periplasmático, ou seja, entre as membranas citoplasmática e externa.
   • peptidoglicano - representa 10% do peso seco da célula
   • lipoproteínas
3. membrana externa - presente apenas nestas bactérias, serve para distingui-las.
   • lipopolissacarídeos - típicos destas bactérias, ocorrem somente na membembrana externa; formados de lípideos, cerne de polissacarídeo e antígenos O. Podem atuar como um veneno (LPS ou endotoxina)
   • trímeros de porina

Comparação entre as paredes celulares de bactérias Gram-Positivas e Gram-Negativas :

• as paredes celulares das Arqueobactérias diferem das Eubactérias tanto em composição química quanto na estrutura. Tais paredes contém proteínas, glicoproteínas ou polissacarídeos completos. Não contém peptidoglicono.

• quando a parede de uma bactéria Gram-positiva é quase completamente destruída, por enzimas, o resultado é uma célula esférica conhecida como PROTOPLASTO, a qual permite a entrada de grande quantidade de água, resultando em lise. As paredes das Gram-negativas são mais resistentes a estas enzimas

Mecanismo de Coloração de Gram :

Membrana Citoplasmática

• é o sítio de atividade enzimática específica, e do transporte de moléculas para dentro e para fora da célula. É uma barreira para a maior parte das moléculas solúveis em água e muito mais seletiva que a parede celular

• composta primariamente de: 20 a 30% de fosfolipídeos e 50 a 70% de proteínas, estas podem fluir pelos fosfolipídeos

• contém enzimas envolvidas :

  no trasporte de moléculas (permeases)

  na produção de energia

  síntese de parede celular

• a fotossíntese ocorre em invaginações da membrana citoplasmática, as quais fornecem uma extensa área para acomodar uma alta concentração de pigmentos absorvidos da luz

Difusão e Osmose através da Membrana Citoplasmática

1. Difusão Simples - é passivo e a célula não gasta energia para realizá-lo. O soluto se movimenta do lado menos diluído para o mais diluído até o equilíbrio. Ex. entrada e saída de CO₂ e O₂

2. Difusão por meio de Permeases - transporte da maior parte de nutrientes para dentro da célula. Requer gasto de energia pela célula

3. Osmose - passagem do solvente de uma solução de baixa concentração de soluto (alta conc. de água) para uma solução com alta concentração de soluto (ou baixa conc. de água). A força com que a água se move através da membrana é a pressão osmótica. As células microbianas podem ser expostas a 3 tipos de condições osmóticas :

   • Isotônica - a concentração total dos solutos é a mesma em qualquer lado da membrana

   • Hipotônica - a concentração do soluto é mais baixa no interior da célula. A água entra na célula por pressão osmótica. A maioria das células crescem nesta condição

   • Hipertônica - a concentração do soluto é mais alta no interior da célula. A água deixa a célula por pressão osmótica

Estruturas Celulares Internas da Membrana Citoplasmática (Citoplasma)

Área Citoplasmática (porção fluida)

• o citoplasma tem em torno de 80% de água, além de ácidos núcléicos, proteínas, carboidratos, lipídeos, íons inorgânicos, muitos compostos de baixo peso molecular, e partículas com várias funções :

1. Ribossomos - partículas densas, onde ocorre a síntese protéica. Encontradas em todas as células procarióticas e eucarióticas. Consistem em 2 subunidades de tamanhos diferentes (50S e 30S), que juntas formam o ribossomo bacteriano 70S; S= unidade de quão rápido a partícula sedimenta quando centrifugada em alta velocidade

2. Poli-ß-hidroxibutirato (PHB) - material lipídico solúvel em clorofórmio. Atua como uma reserva de carbono e fonte de energia

3. Inclusões - diferentes tipos de substâncias químicas que se acumulam formando depósitos insolúveis. Os grânulos e inclusões não são comuns a todas as células bacterianas

Área Nuclear

• não apresenta núcleo delimitado por membrana, e ocupa uma porção próxima do centro da célula - parece estar ligado ao sistema "membrana citoplasmática-mesossomo"

• nucleóide - consiste em um único cromossomo (DNA) circular. O cromossomo é a estrutura interna das células que fisicamente carrega a informação hereditária de uma geração para outra

Formas Latentes de Microrganismos Procarióticos - Esporos e Cistos

Esporos

• são formas inativas (não estão em crescimento), que podem viver em condições desfavoráveis, como dessecamento e calor, mas se expostas novamente em condições ambientais apropriadas começam a crescer e tornar-se células vegetativas metabolicamente ativas

• os esporos que se formam dentro da célula são chamados ENDÓSPOROS, e são exclusivos das bactérias

• possuem parede celular espessa, brilham muito com a luz do microscópico, e são altamente resistente às mudanças ambientais - a maioria suportam ate 80 ^oC/10min

• o esporo contém o ácido dipicolínico (DPA) não encontrados em células vegetativas, responsável por 5 a 10% do peso seco do endosporo, ocorre em combinação com grande quantidade de cálcio, e provavelmente contribui na resistência ao calor

• durante a esporulação ocorre um processo de desidratação, eliminando a maior parte de água do esporo, o que possivelmente também vem contribuir para a resistência ao calor

• as bactérias Actinomicetes produzem outro tipo de esporo, o CONÍDIO, muito resistente ao dessecamento mas não tanto ao calor. Este organismo pode produzir muitos destes conídios na extremidade de um filamento, assim que tais conídios são usados para a reprodução e para proteção

Endospóros	Conídios
produzidos no interior da célula	na extremidade de filamentos
1 por cada célula vegetal	vários são produzidos por célula
resistentes ao calor e dessecamento	mais resistentes ao dessecamento
utilizados para proteção	utilizado para reprodução e proteção

Cistos

• apresenta estrutura e composição química diferente dos endósporos, e não apresentam alta resistência ao calor. Ex. cistos presentes em Acetobacter

Ultra-estrutura dos Microrganismos Eucarióticos - Fungos, Algas e Protozoários

A característica predominante das células eucarióticas é o núcleo com cromossomos lineares, envolvidos por uma membrana que não é encontrada em procariotos

Função de cada estrutura :

Flagelos e Cílios

• estruturas delgadas, ocas, utilizadas para locomoção, diferem dos das células procarióticas, no que a energia necessária para movimentar estes apêndices prover da hidrólise do ATP

Parede celular

• encontradas nas plantas, algas e fungos, apresenta a função de manter a forma da célula e evitar que sofra lise pela pressão osmótica

Eucariotos	Composição da Parede Celular
plantas	polissacarídeos - celulose e pectina
fungos filamentosos	quitina e celulose
leveduras unicelulares	mananas - um polímero de manose
algas	celulose ou outro polissacarídeo, e CaCO3

Membrana Citoplasmática

• possui morfologia e funções semelhantes as das células procarióticas, porém apresentam características diferenciais destas células como :

1. a presença de esteróis - principalmente colesterol - os quais entrelaçam-se na bicamada lipídica e conferem resistência à membrana citoplasmática dos eucariotos que não apresentam parede celular
2. a membrana citoplasmática é reforçada por fibras de microtúbulos formados pelas proteínas actina e miosina.
3. não possuem enzimas em sua membrana citoplasmática envolvidas no metabolismo gerador de energia

Organelas Celulares

São estruturas envolvidas por uma membrana com funções específicas tais como, a fotossíntese, respiração, síntese protéica, etc. O citoplasma é a "residência" das organelas"

Núcleo

• a característica marcante do núcleo dos eucariotos é a membrana nuclear, que contém muitos poros grandes, através dos quais proteínas e RNA podem passar para o citoplasma
• a membrana nuclear geralmente dá origem ou é contínua ao retículo endoplasmático, organela onde as proteínas são sintetizadas
• esférico ou oval, é a maior organela na célula eucariótica. Nele está contida as informações hereditárias da célula na forma de DNA
• é formado de 5 a 10% de RNA e o restante de proteínas

Retículo Endoplasmático

• conectados às membranas nuclear e citoplasmática, podem ter ribossomos ligados (rugosos) ou sem ribossomos ligados (lisos)
• no retículo endoplasmático rugoso as proteínas produzidas pelos ribossomos presentes nestas organelas, são liberadas no citoplasma
• o retículo endoplasmático liso está envolvido na síntese de glicogênio, lipídeos e esteróides

Complexo de Golgi

• é o centro de empacotamento ou distribuição da célula. Responsável pelo "transporte seguro" dos compostos sintetizados, para o exterior da célula, e também pela proteção da célula ao ataque de suas próprias enzimas
• no complexo de Golgi enzimas que foram sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso (proteases, nucleases, glicosidases, sulfatases, lipases, e fosfatases) são empacotadas dentro de organelas chamadas lisossomos
• as proteínas sintetizadas no R.E. rugoso, são levadas para o complexo de Golgi, onde os açucares são adicionados a estas para produzir as glicoproteínas

Mitocôndrias

• local onde o ATP é gerado durante a respiração aeróbia. A membrana interna é altamente invaginada (cristas) - as quais aumentam a área da superfície disponível para a atividade respiratória
• assemelham-se ás células procarióticas em vários aspectos :
  • mede em torno de 0.5 a 1.0 µm de diâmetro;
  • contém seus próprios ribossomos, que também são 70S, em vez de 80S como os presentes no citoplasma eucariótico;
  • contém seu próprio DNA, o qual é uma molécula única, em fita dupla como nos procariotos - este DNA carrega informações genéticas para a síntese de um número limitado de proteínas que são produzidas nos ribossomos mitocondriais
  • dividem-se para formar uma nova mitocôndria, praticamente da mesma forma que as células procarióticas se dividem - se dividem independentemente do núcleo celular, entretanto são incapazes de se dividirem se forem removidos do citoplasma

Cloroplastos

• presentes nas plantas e nas algas, também são organelas geradoras de energia. É o sitio das reações fotossintéticas
• apresenta um DNA circular (como nos procariotos) o qual codifica proteínas no ribossomo destas organelas (70S) e enzimas necessárias para a utilização de CO₂ no ar
• a membrana interna dobra-se no estroma (citoplasma dos cloroplastos) para formar pilhas de sacos em forma de disco ou fita chamadas tilacóides - contêm pigmentos clorofila e carotenóides
• são capazes de se dividir por fissão binária no citoplasma como as mitocôndrias

Formas Latentes dos Microrganismos Eucariotos - Esporos e Cistos

Esporos

Os fungos produzem esporos sexuais e assexuais. Algumas características destas formas latentes de vida são :

• os esporos sexuados são resultado de 2 células reprodutivas (gametas) em uma célula fertilizada. São produzidos menos frequentemente e em menor número que os esporos assexuados
• os esporos assexuados são produzidos por hifas aéreas, e tem a função de disseminar a espécie. São especialmente estruturados para serem dispersos do talo-mãe. São normalmente brancos quando récem produzidos, e depois adquirem cores características coma a idade
• os esporos dos fungos terrestres podem ser recobertos por camadas espessas para evitar ressecamento. Podem ser leves para serem carregados em correntes de ar

Cistos

• Produzidos por muitos protozoários, podem apresentar função de proteção ou de reprodução para estes eucariotos