ArqueobactériasArqueobactérias
Prof. Fabricio Rochedo Conceiçã[email protected]
26 de junho de 2010
Graduação em BiotecnologiaDisciplina de Biotecnologia Microbiana II
Compreendem um grupo heterogêneo de
microrganismos procarióticos que podem ser
caracterizados, em sua maioria, como habitantes de
ambientes inóspitos, geralmente crescendo em
condições consideradas até então como extremas e
limítrofes para a vida
DEFINIÇÃODEFINIÇÃODEFINIÇÃODEFINIÇÃO
Por volta da década de 70, vários organismos procarióticos
foram isolados a partir de uma série de ambientes considerados
inóspitos, quase que incompatíveis com a presença de seres vivos.
Temperaturas elevadas (próximas a 100ºC)
Extrema acidez ou alcalinidade (pH 2 e 10)
Altas salinidades (até 32%, 5,5 M NaCl)
*** Salinidade média de oceanos é cerca de 3,5%.
Muitas vezes, ausência completa de oxigênio
HISTÓRICOHISTÓRICOHISTÓRICOHISTÓRICO
Estes ambientes inóspitos correspondem às possíveis condições encontradas na Terra primitiva
Células primitivas, "fósseis vivos", representando as formas de vida ancestrais das bactérias modernas
Por isso estes microrganismos foram denominados "arqueobactérias"
ETIMOLOGIAETIMOLOGIAETIMOLOGIAETIMOLOGIA
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Carl Woese e colaboradores (1977) realizaram estudos comparativos de sequências de rDNA 16S e 23S de diferentes organismos
FILOGENIAFILOGENIA
AO ANALISAR ESTA ÁRVORE FILOGENÉTICA, AS ARQUEOBACTÉRIAS ...
AO ANALISAR ESTA ÁRVORE FILOGENÉTICA, AS ARQUEOBACTÉRIAS ...
NÃO correspondem aos ancestrais das bactérias atuais, visto que sua possível origem ocorre quase que concomitantemente à origem das bactérias mais primitivas.
OCUPAM uma posição intermediária entre Bacteria e Eucarya, sugerindo que são organismos diferentes de bactérias e de células eucarióticas.
DE FATO, estudos genéticos e fisiológicos posteriores revelaram que tais organismos apresentam características de bactérias, de eucariotos, além de características exclusivas, não encontradas em qualquer outro domínio. Por esta razão, deixaram de ser denominadas "arqueobactérias", recebendo a denominação Archaea.
DOMÍNIO ARCHAEADOMÍNIO ARCHAEADOMÍNIO ARCHAEADOMÍNIO ARCHAEA
Ambientes inóspitos;
Ambientes aquáticos frios (podem corresponder a 34% da biomassa procariótica das águas costeiras superficiais da Antártida)
Sistema digestório do homem e outros animais
Pântanos
Aterros sanitários
Tecidos vegetais;
Metanogênicas endossimbiontes em protozoários;
Podem ser encontradas nos mais diversos ecossistemas. Não seria absurdo cogitar que no futuro sejam descobertas archaea patogênicas para o homem e outros seres vivos.
HABITATSHABITATSHABITATSHABITATS
CLASSIFICAÇÃO FILOGENÉTICACLASSIFICAÇÃO FILOGENÉTICACLASSIFICAÇÃO FILOGENÉTICACLASSIFICAÇÃO FILOGENÉTICA
Três filos: Crenarchaeota, Euryarchaeota e Korarchaeota
Crenarchaeota é composto por organismos hipertermófilos, como Thermoproteus, Pyrolobus e Pyrodictium. São, em sua maioria, quimioautotróficos. Neste grupo há também organismos isolados (mas ainda não cultivados em laboratório) de ambientes frios, tais como águas oceânicas.
Lagoa quente, rica em enxofre, que é convertido a ácido sulfúrico por espécies de
archaea
Sulfolobus, exemplo de uma archaea do filo Crenarchaeota, habitante da lagoa ilustrada ao lado
Euryarchaeota é um filo composto por dois grupos:
1) metanogênicas, que são ANAERÓBIAS. Ex: Methanococcus, Methanobacterium e Methanosarcina
2) halofílicas extremas, que são aeróbias. Ex: Halobacterium e Halococcus. Geralmente coram-se como Gram negativas, não apresentam esporos e, em sua maioria, são imóveis. Geralmente possuem grandes plasmídeos (25 a 30% do DNA da célula)
Lago hipersalino no Egito, rico em carbonato de sódio. O pH destas águas
encontra-se na faixa de 10, sendo habitado por archaea halófilas extremas,
tais como Halobacterium salinarum
Thermoplasma, uma archaea desprovida de
parede celular
Pilha de refugo da mineração de carvão, que muitas vezes sofre auto-combustão. Hábitat da
archaea Thermoplasma
Korarchaeota é composto quase que somente por
isolados identificados a partir do sequenciamento de
16S rRNA, sendo considerado um grupo de
hipertermófilos. Até o momento, poucos espécimes de
Korarchaeota foram cultivados em laboratório
CLASSIFICAÇÃO PRÁTICACLASSIFICAÇÃO PRÁTICACLASSIFICAÇÃO PRÁTICACLASSIFICAÇÃO PRÁTICA
ARCHAEAARCHAEAARCHAEAARCHAEA
ESTRUTURA CELULARESTRUTURA CELULARESTRUTURA CELULARESTRUTURA CELULAR
Podem ser esféricas, bacilares, espiraladas, achatadas, quadradas, discóides e muitas vezes de morfologia irregular ou pleomórficas
Suas dimensões são extremamente variáveis, de 0,1 a 15 µm, com alguns filamentosos atingindo 200 µm
Características especiais, que permitem seu desenvolvimento em uma vasta gama de ambientes
Parede celular
- composição e estrutura variáveis
- ausência de peptoglicano
- lisozima e penicilina não atuam
Membrana Citoplasmática: composição química e arranjo totalmente diferentes das membranas citoplasmáticas de quase todas as eubactérias e eucariotos.
Membrana Bacteria Archaea Eukarya
Conteúdo protéico
alto alto baixo
Composição lipídica
fosfolipídeos
sulfolipídeos, glicolipídeos,
hidrocarbonetos ramificados,
isoprenoides, fosfolipídeos
fosfolipídeos
Estrutura dos lipídeos
cadeia linear cadeia ramificada cadeia linear
Ligação dos lipídeos
ésterCH2-OCOR
éter (di e tetraeter)CH2-OR éster
Ligação éter
Isoprenos ramificados
Anéis de ciclopentano
Aumenta estabilidade
(resistência à hidrólise e elevadas temperaturas)
Enzimas termofílicas e termoestáveis
- Substituição de aa associados a conformação flexível (glicina, serina e alanina) por aa associados com rigidez (treonina, valina e prolina)
- Substituição de aa com grupamentos quimicamente ativos (cisteína, metionina e asparagina)
- Maior taxa de arginina:lisina, que promove interações polares fortes
- Imobilização dentro de uma matriz insolúvel
Cromossomo: único e circular como no domínio Bacteria. Por
outro lado, sua organização é semelhante aos eucariotos, uma vez
que o DNA está associado à histonas. Superenrolamento positivo,
enquanto em eucariotos é negativo
Presença de íntrons em genes de RNA de hipertermófilos e halófilos
Hipertermófilas com conteúdo G + C mais elevado
Bacteria Archaea EukaryaCarioteca Não Não Sim
Nucleossomos/histonas Não SIm SIm
Operons/RNAm policistrônicos
SIm SIm Não
Introns Não Não SIm
proteína de ligação à TATA box
Não SIm SIm
Organelas Não Não SIm
Cromossomos Um, circular Um, circular Mais que um, linear
RNA polimerase Uma, simplesMais que uma, complexas
Mais que uma, complexas
Aminoácido de iniciação protéica
N-formil metionina Metionina Metionina
Sensibilidade da síntese de proteína à toxina diftérica
Insensível Sensível Sensível
Peptoglicano Sim Não Não
Síntese de proteína
fatores de iniciação proteínas ribossômicas fatores de alongamento Archaea é mais semelhante à Eukarya do que à Bacteria
ARCHAEAARCHAEAARCHAEAARCHAEA
METABOLISMOMETABOLISMOMETABOLISMOMETABOLISMO
Quimioheterotróficas
Quimioautotróficas
Fermentação é rara. Ex: Hyperthermus butylicus
As arqueas metanogênicas apresentam vias bioquímicas raras, que através de sistemas enzimáticos únicos, produzem o gás metano (CH4)
Via glicolítica ausente nas arqueas
A glicose é catabolisada por uma via oxidativa simples
O ciclo de Krebs é reduzido
ARCHAEAARCHAEA E BIOTECNOLOGIAE BIOTECNOLOGIAARCHAEAARCHAEA E BIOTECNOLOGIAE BIOTECNOLOGIA
Produção de energia (biogás e álcool)
Produção de ácidos orgânicos, antibióticos, aa
Tratamento de efluentes
PCR
Enzimas “extremófilas”, biocatálise industrial
Polímeros biodegradáveis (PHB)
Mineração (cobre, ouro, urânio)
Plantas transgênicas (genes de halófilas) ...