Estrutura celular bacteriana
Em comparação com as eucariotas, as características intracelulares da célula bacteriana são extremamente simples. As bactérias não contêm organelas no mesmo sentido que as eucariotas. Ao invés disso, os cromossomos e talvez ribossomos são as únicas estruturas intracelulares facilmente observáveis encontradas em todas as bactérias. Existem, no entanto, grupos especializados de bactérias que contêm estruturas intracelulares mais complexas, algumas das quais são discutidas abaixo.
O DNA bacteriano e plasmídeosEditar
Cromossomo bacteriano não é um eucariotas, o DNA bacteriano não está fechado dentro de um núcleo ligado a uma membrana, mas reside dentro do citoplasma bacteriano. Isto significa que a transferência de informação celular através dos processos de tradução, transcrição e replicação de DNA ocorre dentro do mesmo compartimento e pode interagir com outras estruturas citoplasmáticas, mais notavelmente ribossomos. O DNA bacteriano pode ser localizado em dois locais:
- Cromossoma bacteriano, localizado na região de forma irregular conhecida como o nucleóide
- ADN extracromossómico, localizado fora da região nucleóide como plasmídeos circulares ou lineares
O ADN bacteriano não é embalado usando histonas para formar cromatina como em eucariotas, mas existe como uma estrutura altamente compacta e super-coletiva, cuja natureza precisa permanece pouco clara. A maioria dos cromossomas bacterianos são circulares embora existam alguns exemplos de DNA linear (por exemplo, Borrelia burgdorferi). Normalmente um único cromossoma bacteriano está presente, embora algumas espécies com múltiplos cromossomas tenham sido descritas.
Durante o desenvolvimento do ADN cromossómico, a maioria das bactérias também contém pequenos pedaços independentes de ADN chamados plasmídeos que muitas vezes codificam traços que são vantajosos mas não essenciais para o seu hospedeiro bacteriano. Os plasmídeos podem ser facilmente ganhos ou perdidos por uma bactéria e podem ser transferidos entre bactérias como uma forma de transferência horizontal de genes. Assim, os plasmídeos podem ser descritos como um DNA cromossômico extra em uma célula bacteriana.
Ribossomos e outros complexos multiprotéicosEditar
Na maioria das bactérias a estrutura intracelular mais numerosa é o ribossoma, o local de síntese de proteínas em todos os organismos vivos. Todos os procariotas têm 70S (onde unidades S=Svedberg) ribossomos, enquanto os eucariotas contêm 80S maiores de ribossomos no seu citosol. O ribossomo 70S é composto por uma subunidade de 50S e 30S. A subunidade 50S contém o rRNA 23S e 5S enquanto que a subunidade 30S contém o rRNA 16S. Estas moléculas de rRNA diferem em tamanho em eucariotas e são complexadas com um grande número de proteínas ribossômicas, cujo número e tipo podem variar ligeiramente entre organismos. Enquanto o ribossomo é o complexo multiproteico intracelular mais comumente observado em bactérias, outros grandes complexos ocorrem e às vezes podem ser vistos usando microscopia.
Membranas intracelularesEditar
Embora não seja típico de todas as bactérias, alguns micróbios contêm membranas intracelulares além de (ou como extensões de) suas membranas citoplasmáticas. Uma idéia inicial era que as bactérias poderiam conter dobras de membranas denominadas mesossomos, mas mais tarde se mostrou que estes eram artefatos produzidos pelos produtos químicos usados para preparar as células para microscopia eletrônica. Exemplos de bactérias que contêm membranas intracelulares são fototróficos, bactérias nitrificantes e bactérias oxidantes de metano. As membranas intracelulares também são encontradas em bactérias pertencentes ao grupo dos planctomicetos pouco estudados, embora estas membranas se assemelhem mais a membranas organelares em eucariotas e sejam actualmente de função desconhecida. Os cromatóforos são membranas intracelulares encontradas em bactérias fototróficas. Usados principalmente para fotossíntese, eles contêm pigmentos bacterioclorofílicos e carotenóides.
CytoskeletonEdit
O citoesqueleto procariótico é o nome coletivo para todos os filamentos estruturais em procariotas. Uma vez pensou-se que as células procarióticas não possuíam citoesqueletos, mas os recentes avanços na tecnologia de visualização e determinação da estrutura mostraram que os filamentos realmente existem nessas células. Na verdade, foram encontrados homólogos para todas as principais proteínas citoesqueléticas em eucariotas em procariotas. Os elementos citoesqueléticos desempenham papéis essenciais na divisão celular, protecção, determinação da forma e determinação da polaridade em vários procariotas.
Estruturas de armazenamento de nutrientesEditar
A maioria das bactérias não vive em ambientes que contêm grandes quantidades de nutrientes em todos os momentos. Para acomodar estes níveis transitórios de nutrientes as bactérias contêm vários métodos diferentes de armazenamento de nutrientes em tempos de abundância para uso em tempos de carência. Por exemplo, muitas bactérias armazenam o excesso de carbono na forma de poli-hidroxialcanoatos ou glicogênio. Alguns micróbios armazenam nutrientes solúveis tais como nitrato em vacúolos. O enxofre é mais frequentemente armazenado como grânulos elementares (S0) que podem ser depositados tanto intra como extracelularmente. Os grânulos de enxofre são especialmente comuns em bactérias que utilizam sulfureto de hidrogénio como fonte de electrões. A maioria dos exemplos acima mencionados podem ser vistos usando um microscópio e são circundados por uma fina membrana não unitária para separá-los do citoplasma.
InclusionsEdit
Inclusões são consideradas como componentes não vivos da célula que não possuem atividade metabólica e não são delimitadas por membranas. As inclusões mais comuns são glicogênio, gotículas lipídicas, cristais e pigmentos. Os grânulos de volutina são inclusões citoplasmáticas de polifosfato inorgânico complexado. Estes grânulos são chamados grânulos metacromáticos devido ao seu efeito metacromático; aparecem em vermelho ou azul quando corados com os corantes azuis azul de metileno ou azul de toluidina.
Vacuoles de gásEditar
Os vacúolos gasosos são vesículas de membrana, em forma de fuso, encontradas em algumas bactérias planctônicas e cianobactérias, que proporcionam flutuabilidade a estas células, diminuindo sua densidade celular total. A flutuabilidade positiva é necessária para manter as células nos alcances superiores da coluna d’água, para que elas possam continuar a realizar a fotossíntese. Elas são constituídas por uma casca de proteína que tem uma superfície interna altamente hidrofóbica, tornando-a impermeável à água (e impedindo o vapor de água de condensar no interior), mas permeável à maioria dos gases. Como a vesícula de gás é um cilindro oco, é susceptível de colapsar quando a pressão circundante aumenta. A selecção natural afinou a estrutura da vesícula de gás para maximizar a sua resistência ao encurvamento, incluindo uma proteína de reforço externo, GvpC, um pouco como o fio verde de uma mangueira trançada. Há uma relação simples entre o diâmetro da vesícula de gás e a pressão na qual ela irá colapsar – quanto mais larga a vesícula de gás, mais fraca ela se torna. Contudo, vesículas de gás mais largas são mais eficientes, proporcionando mais flutuabilidade por unidade de proteína do que as vesículas de gás estreitas. Diferentes espécies produzem vesículas de gás de diferentes diâmetros, permitindo-lhes colonizar diferentes profundidades da coluna de água (espécies de crescimento rápido, altamente competitivas, com largas vesículas de gás nas camadas mais altas; espécies de crescimento lento, adaptadas à escuridão, com fortes vesículas de gás estreitas nas camadas mais profundas). O diâmetro da vesícula de gás também ajudará a determinar quais as espécies que sobrevivem em diferentes corpos de água. Lagos profundos que experimentam a mistura de inverno expõem as células à pressão hidrostática gerada pela coluna d’água cheia. Isto irá seleccionar para espécies com vesículas de gás mais estreitas e fortes.
A célula atinge a sua altura na coluna de água através da síntese das vesículas de gás. À medida que a célula sobe, ela é capaz de aumentar a sua carga de carboidratos através do aumento da fotossíntese. Demasiado alto e a célula sofrerá fotobleaching e possível morte, entretanto, o carboidrato produzido durante a fotossíntese aumenta a densidade da célula, causando o afundamento da mesma. O ciclo diário de formação de carboidratos a partir da fotossíntese e catabolismo de carboidratos durante as horas escuras é suficiente para afinar a posição da célula na coluna de água, trazê-la para a superfície quando os níveis de carboidratos são baixos e precisa de fotossíntese, e permitir que ela se afaste da radiação UV nociva quando os níveis de carboidratos da célula tiverem sido reabastecidos. Um excesso extremo de carboidratos causa uma mudança significativa na pressão interna da célula, o que faz com que as vesículas de gás se afivelem e colapse e a célula se afunde.
MicrocompartimentosEditar
Microcompartimentos bacterianos são largamente difundidos, organelas ligadas por membranas que são feitas de uma casca de proteína que envolve e encerra várias enzimas. fornecem um nível adicional de organização; eles são compartimentos dentro de bactérias que são cercadas por cascas de proteína poliédricas, ao invés de por membranas lipídicas. Estas “organelas poliédricas” localizam e compartimentam o metabolismo bacteriano, uma função desempenhada pelas organelas ligadas à membrana em eucariotas.
CarboxysomesEdit
Carboxissomas são microcompartimentos bacterianos encontrados em muitas bactérias autotróficas como as Cianobactérias, Knallgasbacteria, Nitroso- e Nitrobacteria. São estruturas proteicas semelhantes a cabeças de fago na sua morfologia e contêm as enzimas de fixação de dióxido de carbono nestes organismos (especialmente ribulose bisfosfato carboxilase/oxigenase, RuBisCO, e anidrase carbónica). Pensa-se que a alta concentração local das enzimas juntamente com a rápida conversão do bicarbonato em dióxido de carbono pela anidrase carbónica permite uma fixação de dióxido de carbono mais rápida e eficiente do que a possível dentro do citoplasma. Estruturas similares são conhecidas por abrigar a coenzima B12 contendo glicerol desidratase, a enzima chave da fermentação do glicerol para 1,3-propanodiol, em algumas Enterobacteriaceae (ex. Salmonella).
MagnetosomasEdit
Magnetosomas são microcompartimentos bacterianos encontrados em bactérias magnetotácticas que lhes permitem sentir e alinhar-se ao longo de um campo magnético (magnetotaxis). O papel ecológico da magnetotaxia é desconhecido mas pensa-se que esteja envolvido na determinação das concentrações óptimas de oxigénio. Os magnetosomas são compostos pela magnetite mineral ou greigite e estão rodeados por uma membrana lipídica de bilayer. A morfologia dos magnetosomas é específica da espécie.