sábado, 14 de novembro de 2009

1- Membrana Plasmática - Mosaico Fluído


Esta imagem possui direitos autorais (autor não identificado), editada no site: SOFI - SALAS DE ESTUDOS VIRTUAIS
Link do site: www.sofi.com.br/node/115


Membrana Plasmática ou Membrana Celular, mostrando o Modelo Mosaico Fluido.
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2 - Apresentação

PREZADOS VISITANTES!


O tema proposto pelos representantes deste blog, para apresentarmos a Física na Biologia, isto é, a Biofísica, foi o termo Extremófilos. Os extremófilos, como o próprio nome sugere, são seres que vivem em ambientes extremos, do ponto de vista humano, desde altíssimas temperaturas até as mais baixas. Dentre esses seres, encontram-se, na sua maioria, seres microscópicos, uni ou pluricelulares, como no caso do Tardigrada, que constitui um dos Filos considerados irmãos dos Artrópodes.

Um bom exemplo de extremófilos encontrados em fontes termais, nas bases de vulcões ou em meio bastante ácido, são as Archaea, seres microscópicos unicelulares muito antigos, constituídos de parede celular e membrana celular interna, sem núcleo ou organelas, muito similares às bactérias.

Pergunta-se: como os extremófilos conseguem sobreviver em ambientes tão inóspitos para nós, seres humanos? Quais os mecanismos que eles utilizam para isto?

A resposta está nas funções da membrana celular.

Antes de tentarmos responder ou entender os mecanismos que permitem esses seres viverem nestas condições, torna-se imprescindível entender o funcionamento da membrana celular. Sem isto, será praticamente impossível, pois o segredo por trás do sucesso desses seres em meios tão extremos, com toda a certeza, está no funcionamento da membrana celular e da parede celular e tudo isto, conforme veremos mais adiante, constitui a Física na Biologia, tema de nosso blog e foco de nossos estudos.

A membrana celular, ou membrana plasmática, é constituída por uma dupla camada fosfolipídica, algumas proteínas, como as transmembranas e as do canal, colesterol, bem, como glicoproteínas e glicolipídeos, que formam, conjuntamente, as estruturas denominadas glicocálice. A função das proteínas do canal é facilitar o transporte de íons para o citoplasma das células, tais como Sódio e Potássio. As proteínas transmembranas formam, juntamente com a dupla camada fosfolipídica, as chamadas moléculas anfipáticas. O colesterol, por sua vez, enrijece a membrana celular.

Cada fosfolipídio é constituído por um Glicerol, ao qual se liga a um grupo fosfato e duas cadeias de ácidos graxos. Cada molécula de fosfolipídio tem uma porção polar (hidrofílica – que se liga à molécula de água) e uma porção apolar (hidrofóbica – que não se liga à molécula de água). Como sabemos, a molécula de água é polar, ou seja, tem um pólo positivo, representado pelos dois Hidrogênios, já que eles compartilham elétrons para o Oxigênio e um pólo negativo, representado pelo próprio Oxigênio. Neste caso, a molécula de água não se liga às moléculas de lipídios, ambas se repelem. Sabemos que as ligações entre átomos, para formar moléculas, é uma ligação covalente, ou seja, uma troca de elétrons e isto envolve energia. É neste contexto que entra a Física, a ciência que estuda a energia.

O que torna a parede celular dos microorganismos extremófilos tão resistentes é o tipo de união entre os átomos de Carbono da cadeia, sendo, na verdade, ligações duplas ou mesmo triplas, em algumas ocasiões. Tudo isto, conjuntamente com a ação de algumas proteínas específicas, com fortes ligações intramoleculares encontradas na parede celular desses microorganismos, os torna resistentes e aptos a viverem nestes ambientes.

Bem vindos ao mundo dos extremófilos!

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quinta-feira, 12 de novembro de 2009

11- Você comeria concreto?



THIOBACILLUS CONCRETIVORUS SIM!!

Os "bastonetes de enxofre" comem qualquer tipo de concreto não revestido. Com o advento da eliminação de metais pesados de nossos esgotos ou tratamentos de efluentes, criamos um hábitat perfeito para o crescimento de bactérias corrosivas. Uma delas é o extremófilo THIOBACILLUS CONCRETIVORUS que tem dado dor de cabeça a muitos engenheiros, já que a mesma ataca o concreto das construções, e fazem um belo estrago.

Se estudarmos um pouco mais a fundo essa bactéria vamos descobrir que o Gênero THIOBACILLUS também é conhecido palo nome de Acidithiobacillus. Ou seja, também é uma bactéria que tem afinidade por meios ácidos, com algumas exceções que preferem meios neutros. É termofílica também, gosta de altas temperaturas, acima de 50°C.
Tem uma ótima dispersão pelo meio, já que pode ser carregada pelo ar.

Atualmente não existe um estudo sobre a constituição genômica desse microorganismo, mesmo sendo de grandde importância econômica, já que é o tipo mais comum de bactéria em pilhas de resíduos de minas. Por ser acidofílico ele aumenta a taxa de oxidação da pirita dos rejeitos de minas e jazidas de carvão. Oxidando também ferro e compostos de enxofre inorgânico.
Esse processo de oxidação pode ser prejudicial já que produz ácido sulfúrico, um importante poluente. Porém, pode ser benéfico na recuperação de materiais como cobre e urânio.
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12- Existe alguma bactéria no Guinness book of world records?



SIM!

DEINOCOCCUS RADIODURANS
Um microorganismo que consegue sobreviver a altas radiações ultravioleta, ambientes extremamente frios e oxidativos, também muito ionizados, no vácuo (sem ar), a altas taxas de desidratação. Acreditamos ser este um dos extremófilos mais resistentes, já que fora exposto a altíssimas concentrações de sulfato de magnésio e ácido sulfúrico e ele também sobreviveu!

Por tudo isso DEINOCOCCUS RADIODURANS é conhecida como um poliextremófilo e foi listada no livro dos recordes como a bactéria mais resistente do mundo!!!

É uma bactéria conhecida há pouco tempo, foi descoberta em 1956 por A.W.Anderson, durante experimentos na estação agrícola de Oregon em Corvallis. Estava sendo feito um experimento para verificar se alimentos enlatados poderiam ser esterilizados usando altas doses de radiação gama. Uma lata de carne foi exposta a essa radiação e após um tempo a carne estragou, então foi-se procurar saber o porquê e dessa forma esse poliextremófilo foi isolado e conhecido.
Em 1999 a sequência de Dna completa do mesmo foi publicada por TIGR.
Mas apenas em 2001 anotações detalhadas e o projeto genômico apareceu e a cepa ATCC BAA-816 foi sequenciada.

Todo esse trabalho foi de grande importância já que esse extremófilo foi geneticamente modificado para uso em biorremediação para consumir e digerir solventes e metais pesados, mesmo em locais altamente radioativos.
Em 2003 cientistas demonstraram que esse poliextremófilo poderia ser usado como um meio de armazenar informações que necessitem sobreviver a catástrofes nucleares. Eles traduziram a música it´s small world em uma séria de segmentos de dna do DEINOCOCCUS, 150 pares de bases de comprimento, inserindo-os na bactéria, e foram capazes de recuperá-los sem erros em 100 gerações desses extremófilos mais tarde.

Fonte:
http://en.wikipedia.org/wiki/Deinococcus_radiodurans
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sexta-feira, 6 de novembro de 2009

5a - Archaea - Origem e evolução

Archaea - microorganismos extremófilos primitivos


Archaea (do latim: antigo, velho[1]; em português: arquea[2][3], arquéia[4], arqueiaAO 1990[4], arquaia[4]) é a designação de um dos reinos de seres vivos, relacionados com as bactérias. Trata-se de organismos procariotas, geralmente quimiotróficos, muitos dos quais sobrevivem em lugares extremos (Extremófilo) como fontes de água quente, lagos ou mares muito salinos, pântanos (onde produzem metano) e ambientes ricos em gás sulfídrico e com altas temperaturas.

A separação entre os reinos Bactéria e Archaea deu-se na década de 1970 graças às descobertas do microbiólogo Carl Woese, utilizando comparação genética. Apesar do nome (Archaea em grego significa “antigo”) este grupo de organismos parece ter evoluído a partir de uma bactéria e ter adquirido algumas características dos eucariontes.

As arqueobactérias prevalecem em ambientes hostis aos demais seres

Originalmente o termo Archaebacteria (do latim: bactéria primitiva; em português: arqueobactéria)[5][6] era usado para descrever esses organismos, e o termo Eubactéria (do latim: bactéria verdadeira; em português: eubactéria)[6] era usado para os demais seres procariotas. A tendência atual, devido às diferenças estruturais, é utilizar Bactéria ("bactéria" em latim) apenas para os antigos Eubactéria, ajustando-se os nomes. O Archaea pode ser tratado como um reino, dentro do domínio Procariota, ou como um domínio. Alguns autores ainda classificam o Archaea como um sub-reino dentro do Reino Monera.

As arqueobactérias são semelhantes às bactérias em muitos aspectos da estrutura celular – o mais importante dos quais é a ausência de um núcleo celular diferenciado - e metabolismo, mas apresentam diferenças importantes como, por exemplo, os processos de transcrição do DNA e da síntese protéica que são idênticos aos dos eucariotas, mas o aspecto mais marcante talvez seja o metabolismo de alguns destes seres:

  • Algumas espécies de Archaea (Halobacteria), produzem energia a partir da luz, por uma estrutura celular chamada bacteriorrodopsina.
  • Outras vivem em fumarolas nas profundezas do oceano, sendo a base da vida destes ambientes, como as plantas são em terra.
  • Há ainda aquelas que vivem no trato intestinal de vários animais, produzindo metano.

Além disso, as arqueobactérias possuem uma membrana celular com lipídeos compostos de uma associação de glicerol-éter, enquanto que os das bactérias e eucariotas são compostos de glicerol-éster; ao contrário das bactérias, os Archaea não possuem uma parede celular de peptideoglicanos. Finalmente, o flagelo dos Archaea é diferente em composição e desenvolvimento do das bactérias.

O reino Archaea contém os filos:

  • Korarchaeota
  • Crenarchaeota
  • Euryarchaeota
  • Nanoarchaeota

Índice

Classificação

Um novo domínio

Archaea foram detectados primeiramente em ambientes extremos, tais como em fontes hidrotermais.

Cedo no século XX, os procariotas eram vistos como um singular grupo de organismos e eram classificados com base na sua bioquímica, morfologia e metabolismo. Por exemplo, os microbiologistas tentaram classificar os microorganismos com base nas estruturas das suas paredes celulares, nas suas formas e nas substâncias que consumiam. [7] No entanto, uma nova abordagem foi proposta em 1965,[8] usando as seqüências dos genes destes organismos para decifrar quais procariotas eram genuinamente relacionados uns com os outros. Esta abordagem, conhecida como filogenética, é o principal método usado hoje em dia.

Archaea foram primeiro classificados como um grupo separado de procariotas em 1977, por Carl Woese e George E. Fox em árvores filogenéticas baseadas em seqüências de genes de ARN ribossomal.[9] Os dois grupos encontrados foram nomeados de Archaebacteria e Eubactéria e tratados como reinos ou subre-reinos, que Woese e Fox denominaram Urkingdoms. Woese argumentava que este grupo de procariotas era uma forma de vida fundamentalmente diferente. Para enfatizar esta diferença, estes dois domínios foram mais tarde renomeados de Archaea e Bactéria.[10] A palavra archaea vem do grego antigo ἀρχαῖα, que significa coisas antigas.[11]

Ao princípio, apenas os metanogénicos foram colocados neste novo domínio, e as archaea eram vistos como extremófilos que existiam apenas em habitats como fontes hidrotermais de lagos salgados. Para o fim do século XX, os microbiologistas perceberam que as archaea eram um grande e diverso grupo de organismos que tinham uma vasta distribuição na natureza e eram comuns em habitats não tão extremos, tal como em solos e oceanos.[12] Esta nova apreciação da importância e ubiqüidade das archaea veio do uso da reação em cadeia da polimerase para detectar procariotas em amostras de água ou solo, a partir apenas dos seus ácidos nucléicos. Isto permite a detecção e identificação de organismos que não podem ser cultivadas no laboratório, processo muitas vezes difícil de se concretizar.[13][14]

Classificação atual

A classificação das Archaea, e dos procariotas em geral, é um campo de rápida evolução e contencioso. Os acuais sistemas de classificação pretendem organizar as archaea em grupos de organismos que partilham caracteres estruturais e ancestrais comuns. [15] Estas classificações apoiam-se grandemente nas seqüências de genes de RNA ribossomal para revelar as relações entre organismos (filogenética molecular).[16] A maioria das espécies de archaea cultiváveis e bem investigadas são membros de dois filos principais, os Euryarchaeota e os Crenarchaeota. Outros grupos foram tentativamente criados. Por exemplo, à espécie peculiar Nanoarchaeum equitans, que foi descoberta em 2003, foi-lhe dado e seu próprio filo, os Nanoarchaeota.[17] Um novo filo, os Korarchaeota, foi também proposto, contendo um pequeno grupo de espécies termofílicas pouco usuais, que partilham caracteres de ambos os filos principais, mas que é mais relacionado com os Crenarchaeota.[18][19] Outras espécies detectadas recentemente são apenas relacionadas de maneira distante com algum destes grupos, tais como os Archaeal Richmond Mine Acidophilic Nanoorganisms (ARMAN), descobertos em 2006.[20]

Os ARMAN são um grupo de archaea recentemente descobertos.

A classificação das archaea em espécies é também controverso. Em biologia, uma espécie é um grupo de organismos relacionados. Uma definição popular de espécie em animais é que são um grupo de organismos que se podem cruzar uns com os outros e que estão reprodutivamente isolados de outros grupos de organismos (isto é, não podem se cruzar com outras espécies).[21] No entanto, esforços para classificar procariotas como as archaea em espécies são complicados de serem assexuais e mostrarem níveis altos de transferência horizontal de genes entre linhagens. Esta área é ainda contenciosa; com, por exemplo, alguns dados sugerindo que nos archaea como o gênero Ferroplasma, células individuais podem ser agrupadas em populações que possuem genomas altamente similares e que raramente transferem genes com grupos de células mais divergentes.[22] Pensa-se que estes grupos de células sejam análogos a espécies. Por outro lado, estudos em Halorubrum encontraram trocas genéticas significantes entre tais populações.[23] Tias resultados levaram ao argumento de que classificar estes grupos de organismos em espécies terá pouco significado prático.[24]

O conhecimento actual sobre a diversidade dos archaea é fragmentário e o número total de espécies de archaea não poder ser estimados com precisão.[16] Mesmo estimativas do número total de filos nos Archaea variam entre 18 a 23, dos quais apenas 8 filos possuem representantes que foram cultivados e estudados diretamente. Muitos destes grupos hipotéticos são conhecidos somente através de uma simples seqüência de ARNr, indicando que a vasta maioria da diversidade entre estes organismos permanece completamente desconhecida.[25] O problema de como estudar e classificar micróbios não cultivados, ocorre também em Bactéria.[26]

Origem e evolução

Os archaea são formas de vida antigas. Prováveis fósseis destas células foram datadas de perto de 3,5 mil milhões de anos,[27] e vestígios de lipídeos que poderiam ser de archaea ou eucarióticos foram detectados em xistos que datam de 2,7 mil milhões de anos.[28] Visto que a maioria dos procariontes não possuem morfologias distintivas, as formas dos fósseis não podem ser utilizadas para identificá-los como archaea. Por sua vez, fósseis químicos, na forma de lipídeos úncos encontrados em archaea, são mais informativos porque tais compostos não ocorrem em outros grupos de organismos.[29] Tais lipídeos não foram detectados em rochas que datam desde o pré-cambriano. Os traços mais antigos destes lipídeos (isoprenos) têm origem no distrito de Isua, na Groenlândia ocidental, que inclui sedimentos formados há 3,8 mil milhões de anos e que são os mais antigos na Terra.[30] A origem das archaea parece ser muito antiga e as linhagens de archaea podem ser as mais antigas que existem na Terra.[31]

Árvore filogenética mostrando as relações entre as archaea e outras formas de vidas. Eucariotas em vermelho; as archaea em verde e as bactérias em azul. Adaptado de Ciccarelli et al..[32]

Woese argumentou que as bactérias, as archaea e os eucariotas, cada qual representa uma linha de Descendência que divergiu de uma colônia ancestral de organismos.[33][34] Alguns biólogos, no entanto, argumentaram que as archaea e os eucariotas apareceram de um grupo de bactérias.[35] É possível que o último ancestral comum das bactérias e das archaea fosse em termófilo, o que levanta a possibilidade de que temperaturas menores são "ambientes extremos" em termos das archaea, e organismos de vivem em ambientes mais frios apareceram mais tarde na história da vida na Terra.[36] Visto que as Archaea e as Bactéria não são mais relacionadas uma com outra do que são em relação aos eucariotas, isto levou a que o termo "procariota" não tivesse significado evolutivo e devesse ser descartada inteiramente.[37]

A relação entre archaea e eucariotas permanece um problema importante. Para além das semelhanças na estrutura celular e função, que são discutidas abaixo, muitas árvores genéticas juntam os dois grupos. Algumas análises anteriores sugeriam que a relação entre eucariotas e o filo Euryarchaeota são mais próximas que as relações entre os Euryarchaeota e o filo Crenarchaeota.[38] No entanto, é hoje em dia considerado mais provável que o ancestral dos eucariotas divergiu cedo dos archaea.[39][40] A descoberta de genes parecidos com os de archaea, em certas bactérias como Thermotoga marítima, torna estas relações difíceis de determinar, uma vez que a transferência horizontal de genes ocorreu.[41] Alguns cientistas sugeriram que os eucariotas apareceram através de uma fusão de archaea e eubactéria, que se tornaram no núcleo e no citoplasma; isto conta para várias semelhanças genéticas mas torna-se difícil a explicar a estrutura celular.[42]

Morfologia

O tamanho de células procarióticas em relação a outras células e biomoléculas.

As células de archaea têm um tamanho que varia de 0,1 micrômetros (μm) até 15 μm de diâmetro, e ocorrem numa variedade de formas, normalmente como esferas, bastonetes, espirais ou placas.[43] Outras morfologias nos Crenarchaeota incluem células lobadas de forma irregular em Sulfolobus, filamentos em forma de agulha que têm menos que metade de um micrômetros de diâmetro em Thermofilum, e também bastonetes quase perfeitamente regulares em Thermoproteus e Pyrobaculum.[44] Existe mesmo uma espécie de archaea de forma achatada e quadrada chamada Haloquadra walsbyi que vive em charcos hipersalinos.[45] Estas formas pouco usuais são provavelmente mantidas quer pelas suas paredes celulares quer pelo citosqueleto procariota. Proteínas relacionadas aos componentes do citosqueleto de outros organismos existem nas archaea,[46] e filamentos são formados entre as suas células,[47] mas em contraste a outros organismos, estas estruturas celulares são pouco entendidas nas archaea.[48]

Algumas espécies de archaea formam agregados ou filamentos de células com 200 μm de comprimento,[43] e estes organismos podem ser membros proeminentes da comunidade de micróbios que compõem os biofilmes.[49] Um exemplo extremo é Thermococcus coalescens, em que agregados de células se juntam formando células únicas gigantes.[50] Uma particularmente elaborada forma de colônia multicelular é produzidas por archaea do gênero Pyrodictium. Aqui, as células produzem conjuntos de longos e finos tubos ocos denominados cannulae que emanam das células e conectam as células formando uma colônia densa.[51] A função destas cannulae é ainda desconhecida, mas poderão permitir que as células comuniquem ou troquem nutrientes com os seus vizinhos.[52] Colônias podem também ser produzidas por uma associação ente diferentes espécies. Por exemplo, na comunidade de "cordão de pérolas" que foi descoberta em 2001 num pântano na Alemanha, colônias esbranquiçadas e arredondadas de uma nova espécie de archaea do filo Euryarchaeota estão espaçadas ao longo de finos filamentos que podem ter até 15 cm de comprimento; estes filamentos são formados de uma espécies particular de bactéria.[53]

Referências

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  3. ↑ Fisiologia de Microrganismos (em português). Página visitada em 25 de agosto de 2009.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 FONSECA, F. V. Peixoto da (4 de abril de 2000). Arquaia (em português). Página visitada em 25 de agosto de 2009.
  5. ↑ Portal da Língua Portuguesa. arqueobactéria - nome (em português). Página visitada em 25 de agosto de 2009.
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Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Archaea

Acessado em: 06/11/2009

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