A Célula Bacteriana

Estrutura das bactérias

• Bactérias em forma de bastão, chamadas de bacilos.
• Bactérias de forma esférica chamadas de cocos.
• Bactérias em forma de curvas chamadas de spirilla.

Algumas das bactérias existem como células únicas, outras existem como cluster juntos.

Respiração em bactérias:

Bactérias anaeróbias: não requer oxigênio para a respiração.

Bactérias aeróbicas: requerem oxigênio para a respiração.

Bactérias Gram são um método de diferenciação de espécies bacterianas em dois grandes grupos, que são baseados em suas propriedades químicas e físicas de sua parede celular.

Bactérias Gram-positivas: Essas bactérias quando são coradas em coloração de gram resultam em cor púrpura.

Bactérias Gram-negativas: Essas bactérias quando são coradas em coloração de gram resultam em cor rosa.

Nutrição de bactérias:
exibem diferentes modos de nutrição, tais como:

• Bactérias autotróficas: estas bactérias são capazes de sintetizar seus próprios alimentos. Por exemplo: bactérias fototrópicas e bactérias quimiossintéticas
• Bactérias heterotróficas: Estas bactérias são incapazes de sintetizar seus próprios alimentos, portanto dependem de outros materiais orgânicos. Por exemplo: bactérias saprófitas – estas bactérias se alimentam de matéria morta e em decomposição.
• Bactérias simbióticas: Estas bactérias têm um benefício mútuo de outros organismos. Por exemplo: bactérias fixadoras de nitrogênio (ou) rizóbio.
• Bactérias parasitas: Estas bactérias estão presentes em plantas, animais e seres humanos. Essas bactérias se alimentam das células do hospedeiro e causam danos ao hospedeiro.

Reprodução em Bactérias:
A reprodução em bactérias é principalmente por divisão celular e fissão binária. Em alguns casos, poucas bactérias também se reproduzem por brotamento.

• As paredes celulares das bactérias são constituídas por glicoproteína mureína.
• A principal função da parede celular é que ajuda a fornecer suporte, força mecânica e rigidez à célula.
• Ele protege as células contra o estouro de um meio hipotônico.

Membrana de plasma:

• É também conhecida como membrana citoplasmática (ou) membrana celular.
• É composto de fosfolipídios, proteínas e carboidratos, formando um mosaico fluido.
• Ajuda no transporte de substâncias, incluindo a remoção de resíduos do corpo.
• Ajuda no fornecimento de uma barreira mecânica para a célula.
• A membrana plasmática atua como uma membrana semipermeável, que permite que apenas o material selecionado se mova dentro e fora da célula.

Citoplasma:

• Ajuda no crescimento celular, metabolismo e replicação.
• Citoplasma é a loja de todos os produtos químicos e componentes que são usados ​​para sustentar a vida de uma bactéria.

• Um pequeno grânulo composto de RNA e proteínas.
• Eles são o local da síntese de proteínas.
• Eles são estruturas livremente flutuantes que ajudam na transferência do código genético.

• Plasmídeos são pequenos círculos de DNA.
• Células bacterianas têm muitos plasmídeos.
• Plasmids são usados ​​para trocar DNA entre as células bacterianas.

Flagelos:

• Esta é uma cauda rotativa rígida.
• Ele ajuda a célula a se mover no sentido horário e anti-horário, para a frente e também ajuda a célula a girar.
• A rotação é alimentada pelo gradiente H + através da membrana celular.

• Apêndices protéicos curtos.
• Menor que flagelos.
• Corrige bactérias para superfícies.
• Também ajuda na reprodução durante a conjugação.

• Cápsula é uma espécie de camada de lodo, que cobre o exterior da parede celular.
• Eles são compostos de um polissacarídeo espesso.
• Ele é usado para unir as células e funciona como reserva de alimentos.
• Ele protege a célula da secura e de produtos químicos.

Uma célula bacteriana (Fig. 2.5) mostra uma estrutura procariótica típica. O citoplasma é cercado por três camadas, o limo ou cápsula mais externa, a parede celular média e a membrana celular interna.Os principais conteúdos citoplasmáticos são nucleóide, plasmídeo, ribossomo, mesossomo etc., e a célula é desprovida de retículo endoplasmático, mitocôndrias, centrossomas e corpos de golgi.

A. Camada de lodo, cápsula e glicocálice :

Uma secreção viscosa amorfa da célula bacteriana está presente como uma região não delimitada e solta fora da célula, chamada camada de lodo (por exemplo, Leuconostoc). Mas, quando se origina como uma estrutura nitidamente definida fora da parede celular, ela é chamada de cápsula (por exemplo, pneumococo). A cápsula tem cerca de 0,2 μm de largura.

As cápsulas são muito mais estreitas do que a cápsula verdadeira, chamada microcápsula (por exemplo, Haemophilus influenzae). Ambas as camadas geralmente consistem em polissacarídeo e ocasionalmente polipeptídeo. A cápsula contém 2% de sólidos e 98% de água. A porção sólida é composta de polissacarídeo complexo (por exemplo, Pneumococcus, Enterobacter) ou polype) ide (por exemplo, bacilo antraz) ou ácido hialurônico (por exemplo, Streptococcus).

Ambas as camadas servem como uma cobertura protetora e protegem as células de substâncias antibacterianas como bacteriófagos, enzimas etc. Elas aumentam a virulência das bactérias.

O glicocálix (Fig. 2.6) é uma rede extracelular, higroscópica, composta principalmente de polissacarídeos e ocasionalmente de polipeptídeo ou de ambos. Os componentes químicos do glicocalx são sintetizados pela célula e transportados através da membrana ceil e da parede celular, e finalmente depositados fora da célula, para formar o revestimento extracelular.

Os polissacarídeos do glicocálix contêm muitos açúcares diferentes, como glicose, galactose, ramnose e ácidos de açúcar, como o ácido glucurônico, etc.

Função:

1. Dá proteção à célula contra a dessecação em condições naturais.

2. Ajuda as bactérias a fixar a superfície de objetos sólidos, em meio aquoso ou a superfície de tecido de animais e plantas.

Streptococcus mutans, uma bactéria associada à cárie de dentes, é anexada à superfície dentária com a ajuda do glicocálix, consiste em polímero insolúvel em água, glucana.

B. parede celular :

A parede celular bacteriana é rígida e rígida devido à presença de fibras fortes compostas de heteropolímeros chamados mucopeptídeos, peptidoglicanos, mucocomplexos, mureína, etc. O peptidoglicano é composto de unidades alternativas de ácido N-acetil murâmico e resíduos de N-acetilglucosamina, reticulado com subunidades de tetra-péptido (Fig. 2.7).

Essas fibras formam uma malha tridimensional e resistente, em vez de uma malha sólida (Fig. 2.8), desse modo, o movimento para dentro de minerais, aminoácidos, água etc. e o movimento para fora dos resíduos ocorrem normalmente. O péptido ligado ao ácido murâmico varia na sua composição, mas em todo o lado contém um mínimo de três aminoácidos, ou seja, ácido glutâmico, alanina e lisina ou ácido diaminopimélico.

Os constituintes estruturais da parede variam em bactérias Gram-negativas e Gram-positivas (Fig. 2.9).

(a) parede celular Gram-negativa (Salmonella, Escherichia):

É uma estrutura complexa com três componentes fora da camada de peptidoglicano:

i) Lipopolissacarídeo (LPS):

Consiste em um lipídio complexo com polissacarídeo anexado. O LPS é a endotoxina, cuja toxicidade está associada à região lipídica e ao polissacarídeo confere especificidade antigênica.

ii) Fosfolipídeo:

Esta camada consiste em bicamada fosfolipídica e proteínas específicas. As proteínas específicas formam porinas e moléculas hidrofílicas são transportadas através dela. Outras proteínas são locais-alvo para antibióticos e fagos.

(iii) espaço periplasmático:

Está situado entre peptidoglicano e camada fosfolipídica. Este espaço contém várias proteínas importantes (como enzima e proteína de ligação para substrato específico) e oligossacarídeos (ajuda na osmo-regulação).

(b) parede celular Gram-positiva (Staphylococcus, Bacillus):

A camada de peptidoglicano presente apenas fora da membrana celular tem cerca de 16-80 nm de espessura. Componentes especiais como ácido teicóico e ácido teicurônico (até 50% do peso seco da parede celular) estão presentes. Eles mantêm o nível de cátions divalentes fora da membrana celular. Ácidos teicóicos constituem os principais antígenos de superfície. O espaço periplasmático está ausente na parede celular Gram-positiva.

Coloração de bactérias :

Coloração de Gram:

Esta técnica foi desenvolvida por um médico dinamarquês, Hans Christian Gram, em 1884; que é muito útil no agrupamento taxonômico de bactérias. A distinção básica entre as bactérias Gram (+ ve) e Gram (-ve) está na diferença da estrutura da parede celular, juntamente com algumas outras características (Tabela 2.3).

O cristal violeta, iodo, álcool etílico (95%) e safranina são usados ​​para coloração. Primeiro, as células são coradas com violeta de cristal, depois com iodo de Gram e finalmente lavadas com etanol a 95% que diferencia dois grupos: um que retém a mancha e se torna violeta-escuro ou púrpura, ou seja, Gram-positivo e outro que perde a cor. isto é, Gram-negativo.

As lâminas são lavadas com água destilada, seguida de contra-mancha com safranina por 30 segundos. e finalmente as lâminas são novamente lavadas com água destilada. As bactérias Gram-positivas permanecem de cor violeta-escura ou púrpura, mas as bactérias Gram-negativas tornam-se vermelhas (rosa) (Fig. 2.10).

Esse agrupamento não depende da forma das bactérias, por exemplo, as bactérias em forma de bacilos, como Bacillus subtilis, são Gram positivas, enquanto as outras bactérias em forma de bastão, como Coxiella burnetii, são Gram-negativas. As bactérias em forma de coccus, como Escherichia coli, são Gram-negativas, mas a Sporosarcina é Gram-positiva.

O fluxograma detalhado do procedimento de coloração de Gram é dado na Tabela 2.4:

Coloração ácido-rápida:

Esta técnica foi desenvolvida por Ehrlich e posteriormente modificada por Ziehl e Neelsen.

As micobactérias podem ser coradas pela coloração ácido-rápida (técnica de Ziehl-Neelsen) ou pela coloração de auromina-rodamina. Embora o último seja mais sensível, requer microscopia de fluorescência.

Coloração de Ziehl-Neelsen:

Procedimento:

1. Prepare o esfregaço em um escorregador limpo e livre de graxa.

2. Aqueça o esfregaço e a mancha com fucsina quente durante cerca de 10 minutos e lave em água corrente.

3. A mancha é em seguida descolorado por 20% de H ₂ SO ₄ (ácido sulfúrico) ou 1% de HCl (ido clorrico) em álcool a 70% durante 1 minuto.

4. A descoloração é continuada com álcool neutro a 70% por 2-3 minutos, até que o esfregaço se torne de cor rosada. (A descoloração do M. leprae deve ser feita apenas com H ₂ SO _{4 a} 5% ).

5. O esfregaço é então contrastado com azul de metileno a 2% ou com verde de malaquita durante 2 minutos e depois lavado com água.

Observação:

Os Bacilos após a coloração aparecem vermelhos em fundo azul de células epiteliais ou células pus.

1. Micobactérias como M. leprae (co de Hanseníase), M. tuberculosis (co de Tuberculose) podem ser coradas por este método (M. tuberculosis é uma bactéria ácida rápida e também Gram-positiva).

2. Outros como Staphylococcus aureus, Ascosporos de algumas leveduras, esporos bacterianos, etc., podem ser corados seguindo o procedimento acima.

Manchas utilizadas para coloração de Gram:

1. violeta de cristal :

Solução A

Eu. Cristal violeta (90% de teor seco)… 2 g

ii. Álcool etílico (95%)… 20 ml

Solução B

Eu. Oxalato de amônio … 1gm

ii. Água destilada… 80ml

Misture a solução A e B.

2. solução de iodo :

Eu. Iodo … 1gm

ii. Iodeto de potássio … 2gm

iii. Água destilada… 300ml

3. Safranina :

Eu. Safranina

(2,5% de solução em etanol a 95%)

ii. Água destilada Manchas utilizadas para coloração ácida rápida:

1. Fucsina de carbol de Ziehl

Solução A

1. fucsina básica

(90% de teor seco)… 0,3 g

ii. Álcool etílico (95%)… 10ml

Solução B

Eu. Fenol… 5gm

durante e após a coloração de Gram

ii. Água destilada… 95 ml

Misture a solução A e B.

2. Azul de metileno de Loeffler.

Solução A

Eu. Azul de metileno

(90% de teor seco)… 0,3 g

ii. Álcool etílico (95%)… 30 ml

Solução B

Eu. KOH diluído (0,01 em peso)… 100 ml

Misture a solução A e B.

C. Membrana Citoplasmática de Bactérias :

A camada citoplasmática é a camada limite do protoplasto, situada abaixo da parede celular (Fig. 2.5). É fina (5-10 nm), elástica e semipermeável (Fig. 2.11). Em seção, aparece como uma estrutura de camada tripla que consiste em uma região de duas camadas de moléculas de fosfolipídios, com cabeças polares na superfície e cadeias de acil-gordo em direção ao lado interno. As proteínas são encontradas embebidas na bicamada lipídica.

Funções

i) Transporte:

(a) ativo:

Sendo o local de muitas enzimas como oxidase, polimerase, etc., está envolvido no transporte ativo de nutrientes seletivos. É impermeável a substâncias ionizadas e macromoléculas.

b) Passivo:

O transporte passivo de solutos micromoleculares solúveis em gordura ocorre por difusão.

ii) Produção de energia:

É o local do fluxo de elétrons na respiração e na fotossíntese, levando à fosforilação e, portanto, a membrana é o local de portadores e enzimas nessas reações.

iii) Produção de polímeros:

A membrana celular é o local das enzimas polimerizadoras necessárias para a síntese da parede celular.

D. Citoplasma de Bactérias :

O citoplasma é um sistema coloidal contendo substâncias orgânicas e inorgânicas. Faltam mitocôndrias, retículo endoplasmático, centrossomas e corpos de golgi. Contém muitos ribossomos, poucos mesossomos, inclusões e vacúolos (Fig. 2.5).

Ribossomo:

É uma substância complexa de 10-20 nm de tamanho e de 70S (S = coeficiente de sedimentação) do tipo com duas subunidades, 50S e 30S. A maior compreende moléculas de RNA e 35 aminoácidos e a menor possui uma molécula de RNA e 21 aminoácidos. Eles são os locais de síntese de proteínas. Os ribossomos são mantidos juntos nas cadeias de m-RNA (RNA mensageiro), conhecidas como polissomas ou polirribossomas.

Mesossomos (Chondroids):

Estes são enrolamentos localizados multilaminados e convolutos da membrana citoplasmática no citoplasma (Fig. 2.12). Seu número é geralmente 2-4, mas muitas vezes encontrado mais em células com alta atividade respiratória, por exemplo, Nitrosomonas.

Talvez sirva para acomodar mais espaços para a respiração. Em bactérias fotossintéticas (Rhodopseudomonas), eles são o local de pigmentos fotossintéticos. Os mesossomos são de dois tipos – mesossomo septal e mesossomo lateral. Os mesossomos septais estão envolvidos na segregação do DNA e na formação do septo transverso durante a divisão celular.

Cromatóforos:

Estas são as estruturas portadoras de pigmento, encontradas em bactérias fotossintéticas. Eles são encontrados em todos os membros de Chromatiaceae e Rhodospirillaceae em diferentes formas, como membranas, vesículas, tubos, feixes de tubos etc. ou como thylakoids, como encontrado em Cyanobacteria.

Inclusão citoplasmática:

Estas são as fontes de energia armazenada, características de diferentes espécies de bactérias, como o lipídio (poli (3-hidroxibutirato), volutina (polimetafosfato), amido ou glicogênio (polissacarídeo) e grânulos de enxofre.

E. Material Genético de Bactérias :

O material genético está presente tanto no nucleóide quanto no plasmídeo (Fig. 2.13).

Material nuclear:

Sob o microscópio de luz, o corpo nuclear não pode ser diferenciado no citoplasma, mas é diferenciado apenas sob o microscópio eletrônico como uma área central da região eletrondensada inferior à do resto do citoplasma.

O corpo nuclear bacteriano é desprovido de membrana nuclear, nucléolo e seiva nuclear e é conhecido como genóforo ou nucleóide. O genóforo é composto por um ADN circular de cadeia simples ou dupla. Quando endireitado, o DNA mede 1000 µm. Tem aproximadamente 5 x 10 ⁶ pares de bases e um peso molecular de cerca de 3 x 10 ⁹ . É desprovido de qualquer proteína básica. O DNA é haplóide – sofre replicação semiconservativa por fissão simples e mantém características genéticas.

Plasmídeo:

O citoplasma bacteriano pode conter algum material genético, exceto o genóforo, denominado plasmídeo ou epissomas. Lederberg (1952) denominou como plasmídeo os materiais genéticos extragenóforos.

Os plasmídeos são moléculas de ADN em cadeia dupla, semelhantes a anéis, que podem conter cerca de 100 genes com o peso molecular compreendido entre 5 x 10 ⁷ e 7 x 10 ⁷ ou menos. A replicação do plasmídeo parece autocontrolada. Eles contêm diferentes caracteres não essenciais. Com base nas propriedades do hospedeiro, os plasmídeos são classificados em diferentes tipos.

Esses são:

(i) “fator F” para fertilidade

(ii) “Col-factor” – para colicinogenia

(iii) “fator R” – para resistência

(iv) plasmídeo indutor de tumores (por exemplo, Agrobacterium tumit’aciens),

v) plasmídeo degradante (por exemplo, Pseudomonas);

(vi) Patogenicidade para mamíferos,

(vii) plasmídeo Penicillase (por exemplo, Staphylococcus),

(viii) resistência ao mercúrio, e

(ix) plasmídeos crípticos.

F. Flagelos de Bactérias :

A maioria das bactérias móveis (por exemplo, Spirochaetes) possui apêndices helicoidais longos (5-20 µm), finos (12-30 nm), chamados flagelos. A microscopia eletrônica mostra que o flagelo consiste em três regiões distintas – filamento, gancho e corpo basal (Fig. 2.14). O filamento é preso em uma extremidade através da parede celular até a membrana celular pelo gancho, que, por sua vez, é preso ao corpo basal. Os anéis do corpo basal permanecem ligados à membrana celular e à parede celular. O filamento fica externo à célula.

O filamento é composto de subunidades idênticas (3 ou mais), dispostas helicoidalmente ao longo do eixo para dar um tubo oco (Fig. 2.15). Essas subunidades são constituídas de molécula de proteína, chamada flagelina. Cada subunidade tem cerca de 4,5 nm de espessura.

O filamento termina com uma proteína de nivelamento. Algumas bactérias possuem uma bainha ao redor dos flagelos (por exemplo, o Vibrio cholerae possui uma bainha de lipopolissacarídeo).

Estruturalmente, o gancho e o corpo basal são bastante diferentes do filamento (Fig. 2.14). O gancho é ligeiramente mais largo que o filamento e é composto por subunidades proteicas.

A estrutura do corpo basal é bastante diferente nas bactérias gram (-ve) e gram (+ ve). Bactérias Gram (-ve) como E. coli e outras têm 4 anéis conectados a uma haste central. Os anéis-P externos estão associados às camadas de lipopolissacarídeo e peptidoglicano.

Os dois anéis internos, isto é, os anéis S e M, estão associados à membrana plasmática (Fig. 2.14). Por outro lado, em gram (+ ve), bactérias como os esporogênios de Clostridium, Bacillus subtilis e outros, possuem apenas dois anéis ligados à membrana plasmática. As diferenças estruturais dos flagelos entre as bactérias gram (-ve) e gram (+ ve) são apresentadas na Fig. 2.14.

Algumas bactérias são desprovidas de flagelos e não são móveis, chamadas de atrichous (Fig. 2.16A), por exemplo, Cocci, Lactobacillus, etc.

O número e a disposição dos flagelos em uma célula são úteis para a identificação e classificação de bactérias. Com base no arranjo dos flagelos, as bactérias são categorizadas nos seguintes tipos (Fig. 2.16):

Eu. Flagelação polar:

(a) Monotrichous (Fig. 2.16B). Flagellum único em um pólo da célula, por exemplo, Vibrio cholerae.

(b) anfiterrico (figura 2.16C). Cada flagelo único é anexado em ambas as extremidades, por exemplo, Alkaligenes faecalis, Nitrosomonas.

c) Cefalotrico (Fig. 2.16D). Dois ou mais flagelos em uma extremidade apenas, por exemplo, Pseudomonas fluorescens.

(d) Lofhotrichous (Fig. 2.16E). Um tufo de flagelos nas duas extremidades, por exemplo, Spirillum volutans.

ii. Flagelação não-polar:

Peritrichous (Fig. 2.16F). Numerosos flagelos estão distribuídos por toda a superfície da célula, por exemplo, Bacillus typhosus, Clostridium.

G. Fimbriae ou Pili :

O termo fimbriae (cantar, fimbria) foi introduzido por Duguid et al. (1955) e pili (sing. Pilus) por Brinton (1959). As fímbrias (Fig. 2.1 7A) são observadas principalmente em bastonetes Gram-negativos (Salmonella typhi, febre tifóide, Shigella dys- teriise, disenteria bacilar) e também em cocos (Neisseria gonorrhoeae, gonorreia). Bacilos Gram-positivos como Corynebacterium renale também possuem fímbrias ou pili.

Trata-se de apêndices extremamente finos e curtos, filamentosos e não flagelares que se projetam peritriculosamente da superfície celular. Seu número é 100-500 por célula e mede 0,5-20 µm de comprimento e 3-25 nm de diâmetro. Eles são compostos de subunidades de proteína, a pilina, disposta helicoidalmente e formando filamentos ocos (Fig. 2.1 7B, C).

Eles são antigênicos. Pili são de 3 tipos: pili comum, sexo pili ou F (fertilidade) pili e col I (colicina) pili (Fig. 2.1 7A). Os pili comuns são responsáveis ​​pela adesão; os pili sexuais (1-5 por célula) ajudam na transferência de material genético durante a conjugação e o col-I para a produção de colicina ou hemolisina.

H. Spinae:

Os espinhos são apêndices rígidos tubulares e pericelulares. Eles são compostos de uma única porção de proteína, a spinina. Eles possivelmente ajudam a aclimatar as células em diferentes condições ambientais, como salinidade, temperatura, etc. Os espinhos foram relatados em algumas bactérias Gram-positivas.

Referências:

• https://micro.magnet.fsu.edu/cells/bacteriacell.html
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2857177/
• http://www.onlinebiologynotes.com/bacterial-cell-structure-function/