CÉLULA PROCARIÓTICA: CARACTERÍSTICAS, ESTRUTURA CELULAR, TIPOS - BIOLOGIA - 2025

As células procarióticas são simples e sem núcleo delimitado por estruturas de membrana plasmática. Os organismos associados a esse tipo de célula são unicelulares, embora possam se agrupar e formar estruturas secundárias, como cadeias.

Dos três domínios da vida propostos por Carl Woese, os procariontes correspondem a Bacteria e Archaea. O domínio restante, Eucarya, é composto de células eucarióticas maiores e mais complexas com um núcleo delimitado.

Célula procariótica. Fonte: Por Ali Zifan, do Wikimedia Commons

Uma das dicotomias mais importantes nas ciências biológicas é a distinção entre a célula eucariótica e a célula procariótica. Historicamente, um organismo procariótico é considerado simples, sem organização interna, sem organelas e sem citoesqueleto. No entanto, novas evidências estão destruindo esses paradigmas.

Por exemplo, estruturas foram identificadas em procariotos que podem ser potencialmente consideradas organelas. Da mesma forma, proteínas homólogas às proteínas de eucariotos que formam o citoesqueleto foram encontradas.

Os procariontes são muito variados em termos de nutrição. Eles podem usar a luz do sol e a energia contida nas ligações químicas como fonte de energia. Também podem utilizar diferentes fontes de carbono, como dióxido de carbono, glicose, aminoácidos, proteínas, entre outros.

Os procariotos se dividem assexuadamente por fissão binária. Nesse processo, o organismo replica seu DNA circular, aumenta seu volume e finalmente se divide em duas células idênticas.

No entanto, existem mecanismos de troca de material genético que geram variabilidade nas bactérias, como transdução, conjugação e transformação.

Características gerais

Os procariontes são organismos unicelulares relativamente simples. A característica mais marcante que identifica esse grupo é a ausência de um núcleo verdadeiro. Eles são divididos em dois grandes ramos: bactérias verdadeiras ou eubactérias e arqueobactérias.

Eles colonizaram quase todos os habitats imagináveis, desde água e solo até o interior de outros organismos, incluindo humanos. Especificamente, as arqueobactérias habitam áreas com temperaturas, salinidade e pH extremos.

Estrutura

Célula procariótica média.

O esquema arquitetônico de um procarionte típico é, sem dúvida, o da Escherichia coli, uma bactéria que habita normalmente o nosso trato gastrointestinal.

A forma da célula é uma reminiscência de um bastão e tem 1 um de diâmetro e 2 um de comprimento. Os procariotos são circundados por uma parede celular, composta principalmente de polissacarídeos e peptídeos.

A parede celular bacteriana é uma característica muito importante e, dependendo de sua estrutura, permite estabelecer um sistema de classificação em dois grandes grupos: bactérias gram positivas e gram negativas.

Seguida pela parede celular, encontramos uma membrana (elemento comum entre procariontes e eucariotos) de natureza lipídica com uma série de elementos protéticos embutidos nela que separam o organismo de seu ambiente.

O DNA é uma molécula circular localizada em uma região específica que não possui nenhum tipo de membrana ou separação com o citoplasma.

O citoplasma apresenta aparência rugosa e aproximadamente 3.000 ribossomos - estruturas responsáveis ​​pela síntese de proteínas.

Tipos de procariontes

Os procariotos atuais são constituídos por uma ampla diversidade de bactérias que se dividem em dois grandes domínios: Eubactérias e Archaebacteria. De acordo com as evidências, esses grupos parecem ter divergido muito cedo na evolução.

As arqueobactérias são um grupo de procariontes que geralmente vivem em ambientes com condições incomuns, como temperaturas ou alta salinidade. Essas condições são raras hoje, mas podem ter prevalecido no início da Terra.

Por exemplo, os termoacidófilos vivem em áreas onde a temperatura atinge um máximo de 80 ° C e um pH de 2.

As eubactérias, por sua vez, vivem em ambientes comuns a nós, humanos. Eles podem habitar o solo, a água ou viver em outros organismos - como as bactérias que fazem parte do nosso trato digestivo.

Morfologia de procariontes

As bactérias vêm em uma série de morfologias altamente variadas e heterogêneas. Entre os mais comuns, temos os arredondados chamados cocos. Estes podem ocorrer individualmente, em pares, em cadeia, em tétrades, etc.

Algumas bactérias são morfologicamente semelhantes a um bastão e são chamadas de bacilos. Como os cocos, eles podem ser encontrados em diferentes arranjos com mais de um indivíduo. Também encontramos espiroquetas em forma de espiral e aquelas com forma de vírgula ou grão chamadas vibrios.

Cada uma dessas morfologias descritas pode variar entre diferentes espécies - por exemplo, um bacilo pode ser mais alongado que outro ou com bordas mais arredondadas - e são úteis na identificação das espécies.

Reprodução

Reprodução assexuada

A reprodução em bactérias é assexuada e ocorre por meio de fissão binária. Nesse processo, o organismo literalmente "se divide em dois", resultando em clones do organismo inicial. Recursos suficientes devem estar disponíveis para que isso ocorra.

O processo é relativamente simples: o DNA circular se replica, formando duas hélices duplas idênticas. Mais tarde, o material genético é acomodado na membrana celular e a célula começa a crescer, até dobrar de tamanho. A célula eventualmente se divide e cada parte resultante tem uma cópia circular de DNA.

Em algumas bactérias, as células podem dividir o material e crescer, mas não se dividem completamente e formam uma espécie de cadeia.

Fontes adicionais de variabilidade genética

Existem eventos de troca de genes entre bactérias que permitem a transferência e recombinação genética, um processo semelhante ao que conhecemos como reprodução sexual. Esses mecanismos são conjugação, transformação e transdução.

A conjugação consiste na troca de material genético entre duas bactérias por meio de uma estrutura semelhante a pelos finos, denominada pili ou fímbria, que atua como uma “ponte”. Nesse caso, deve haver uma proximidade física entre os dois indivíduos.

A transformação envolve a obtenção de fragmentos nus de DNA encontrados no meio ambiente. Ou seja, neste processo não é necessária a presença de um segundo organismo.

Por fim, temos a tradução, onde a bactéria adquire o material genético por meio de um vetor, por exemplo, bacteriófagos (vírus que infectam bactérias).

Nutrição

As bactérias precisam de substâncias que garantam sua sobrevivência e que forneçam a energia necessária aos processos celulares. A célula absorverá esses nutrientes.

De maneira geral, podemos classificar os nutrientes em essenciais ou básicos (água, fontes de carbono e compostos nitrogenados), secundários (como alguns íons: potássio e magnésio) e oligoelementos que são necessários em concentrações mínimas (ferro, cobalto).

Algumas bactérias precisam de fatores de crescimento específicos, como vitaminas e aminoácidos, e fatores estimulantes que, embora não sejam essenciais, auxiliam no processo de crescimento.

As necessidades nutricionais das bactérias variam amplamente, mas seu conhecimento é necessário para preparar meios de cultura eficazes para garantir o crescimento de um organismo de interesse.

Categorias de nutrição

As bactérias podem ser classificadas de acordo com a fonte de carbono que utilizam, orgânica ou inorgânica, e dependendo da fonte de produção de energia.

De acordo com a fonte de carbono, temos dois grupos: os autótrofos ou litotróficos usam dióxido de carbono e os heterótrofos ou organotróficos que requerem uma fonte de carbono orgânico.

No caso da fonte de energia, também temos duas categorias: fotótrofos que usam a energia do sol ou energia radiante e quimiotróficos que dependem da energia das reações químicas. Assim, combinando as duas categorias, as bactérias podem ser classificadas em:

Fotoautotróficos

Eles obtêm energia da luz solar - o que significa que são fotossinteticamente ativos - e sua fonte de carbono é o dióxido de carbono.

Fotoheterotróficos

Eles são capazes de usar energia radiante para seu desenvolvimento, mas não são capazes de incorporar dióxido de carbono. Portanto, eles usam outras fontes de carbono, como álcoois, ácidos graxos, ácidos orgânicos e carboidratos.

Quimioautotróficos

Eles obtêm energia de reações químicas e são capazes de incorporar dióxido de carbono.

Quimioheterotróficos

Eles usam energia de reações químicas e o carbono vem de compostos orgânicos, como a glicose - que é a mais utilizada - lipídios e também proteínas. Observe que a fonte de energia e a fonte de carbono são as mesmas em ambos os casos, portanto, a diferenciação entre as duas é difícil.

Geralmente, os microrganismos considerados patógenos humanos pertencem a esta última categoria e usam aminoácidos e compostos lipídicos de seus hospedeiros como fonte de carbono.

Metabolismo

O metabolismo compreende todas as reações químicas complexas catalisadas por enzimas que ocorrem dentro de um organismo para que ele possa se desenvolver e se reproduzir.

Nas bactérias, essas reações não diferem dos processos básicos que ocorrem em organismos mais complexos. Na verdade, temos várias vias que são compartilhadas por ambas as linhagens de organismos, como a glicólise, por exemplo.

As reações metabólicas são classificadas em dois grandes grupos: biossíntese ou reações anabólicas e degradação ou reações catabólicas, que ocorrem para obter energia química.

As reações catabólicas liberam energia de forma escalonada que o corpo usa para a biossíntese de seus componentes.

Diferenças fundamentais das células eucarióticas

Os procariontes diferem dos procariontes principalmente na complexidade estrutural da célula e nos processos que ocorrem dentro dela. Abaixo, descreveremos as principais diferenças entre as duas linhagens:

Tamanho e complexidade

Em geral, as células procarióticas são menores do que as células eucarióticas. As primeiras têm diâmetros entre 1 e 3 µm, ao contrário de uma célula eucariótica que pode chegar a 100 µm. No entanto, existem algumas exceções.

Embora os organismos procarióticos sejam unicelulares e não possamos observá-los a olho nu (a menos que estejamos observando colônias bacterianas, por exemplo), não devemos usar características para distinguir entre os dois grupos. Em eucariotos, também encontramos organismos unicelulares.

Na verdade, uma das células mais complexas são os eucariotos unicelulares, pois devem conter todas as estruturas necessárias ao seu desenvolvimento confinadas em uma membrana celular. Os gêneros Paramecium e Trypanosoma são exemplos notáveis ​​disso.

Por outro lado, existem procariotos de alta complexidade, como as cianobactérias (grupo procariótico onde ocorre a evolução das reações fotossintéticas).

Testemunho

A palavra "procarioto" refere-se à ausência de um núcleo (pro = antes; karyon = núcleo), enquanto os eucariotos têm um núcleo verdadeiro (eu = verdadeiro). Assim, esses dois grupos são separados pela presença desta importante organela.

Nos procariotos, o material genético encontra-se distribuído em uma região específica da célula chamada de nucleóide - e não é um núcleo verdadeiro porque não é delimitado por uma membrana lipídica.

Os eucariotos têm um núcleo definido e rodeado por uma membrana dupla. Essa estrutura é extremamente complexa, apresentando diferentes áreas em seu interior, como o nucléolo. Além disso, essa organela pode interagir com o ambiente interno da célula graças à presença de poros nucleares.

Organização do material genético

Os procariotos contêm de 0,6 a 5 milhões de pares de bases em seu DNA e estima-se que possam codificar até 5.000 proteínas diferentes.

Os genes procarióticos se organizam em entidades chamadas operons - como o conhecido operon da lactose - enquanto os genes eucarióticos não.

Nos genes, podemos distinguir duas "regiões": íntrons e exons. As primeiras são porções que não codificam para a proteína e que estão interrompendo as regiões codificadoras, chamadas de exons. Os íntrons são comuns em genes eucarióticos, mas não em procariotos.

Os procariotos são geralmente haplóides (uma única carga genética) e os eucariotos têm cargas haplóides e poliplóides. Por exemplo, nós, humanos, somos diplóides. Da mesma forma, procariotos têm um cromossomo e eucariotos mais de um.

Compactação de material genético

Dentro do núcleo da célula, os eucariotos exibem uma organização de DNA complexa. Uma longa cadeia de DNA (aproximadamente dois metros de comprimento) é capaz de se torcer de tal forma que pode ser integrada ao núcleo e, durante os processos de divisão, pode ser visualizada ao microscópio na forma de cromossomos.

Esse processo de compactação do DNA envolve uma série de proteínas que são capazes de se ligar à fita e formar estruturas que lembram um colar de pérolas, onde a fita é representada pelo DNA e as contas por pérolas. Essas proteínas são chamadas de histonas.

As histonas foram amplamente conservadas ao longo da evolução. Em outras palavras, nossas histonas são incrivelmente semelhantes às de um camundongo, ou para ir mais longe, às de um inseto. Estruturalmente, eles têm um grande número de aminoácidos carregados positivamente que interagem com as cargas negativas do DNA.

Em procariotos, foram encontradas certas proteínas homólogas às histonas, geralmente conhecidas como semelhantes às histonas. Essas proteínas contribuem para o controle da expressão gênica, recombinação e replicação do DNA e, como as histonas nos eucariotos, participam da organização do nucleóide.

Organelas

Em células eucarióticas, uma série de compartimentos subcelulares altamente complexos podem ser identificados e desempenham funções específicas.

As mais relevantes são as mitocôndrias, responsáveis ​​pelos processos de respiração celular e geração de ATP, e nas plantas se destacam os cloroplastos, com seu sistema de três membranas e com o maquinário necessário à fotossíntese.

Da mesma forma, temos o complexo de Golgi, retículo endoplasmático liso e rugoso, vacúolos, lisossomas, peroxissomos, entre outros.

Estrutura ribossômica

Ribossomos

Ribossomos compreendem a maquinaria necessária para a síntese de proteínas, então eles devem estar presentes tanto em eucariotos quanto em procariotos. Embora seja uma estrutura indispensável para ambos, ela difere predominantemente em tamanho.

Os ribossomos são compostos por duas subunidades: uma grande e uma pequena. Cada subunidade é identificada por um parâmetro denominado coeficiente de sedimentação.

Em procariotos, a subunidade grande é 50S e a subunidade pequena é 30S. Toda a estrutura é chamada de 70S. Os ribossomos estão espalhados por todo o citoplasma, onde realizam suas tarefas.

Os eucariotos têm ribossomos maiores, a subunidade grande é 60S, a subunidade pequena é 40S e todo o ribossomo é designado como 80S. Estes estão localizados principalmente ancorados no retículo endoplasmático rugoso.

Parede celular

A parede celular é um elemento essencial para enfrentar o estresse osmótico e serve como barreira protetora contra possíveis danos. Quase todos os procariontes e alguns grupos de eucariotos possuem uma parede celular. A diferença está na natureza química disso.

A parede bacteriana é composta por peptidoglicano, um polímero formado por dois elementos estruturais: N-acetil-glucosamina e ácido N-acetilmurâmico, ligados entre si por ligações do tipo β-1,4.

Dentro da linhagem eucariótica também existem células de parede, principalmente em alguns fungos e em todas as plantas. O composto mais abundante na parede dos fungos é a quitina e nas plantas é a celulose, um polímero formado por várias unidades de glicose.

Divisão celular

Conforme discutido anteriormente, os procariotos se dividem por fissão binária. Os eucariotos têm um sistema de divisão complexo que envolve diferentes estágios de divisão nuclear, mitose ou meiose.

Filogenia e classificação

Geralmente estamos acostumados a definir uma espécie de acordo com o conceito biológico proposto por E. Mayr em 1989: "grupos de populações naturais que se cruzam e são reprodutivamente isolados de outros grupos".

Aplicar esse conceito a espécies assexuadas, como é o caso dos procariontes, é impossível. Portanto, deve haver outra forma de abordar o conceito de espécie para classificar esses organismos.

De acordo com Rosselló-Mora et al. (2011), o conceito filofenético se ajusta bem a esta linhagem: “um conjunto monofilético e genomicamente coerente de organismos individuais que apresentam um alto grau de similaridade geral em muitas características independentes e é diagnosticável por uma propriedade fenotípica discriminante”.

Anteriormente, todos os procariontes eram classificados em um único "domínio", até que Carl Woese sugeriu que a árvore da vida deveria ter três ramos principais. Seguindo essa classificação, os procariontes incluem dois domínios: Archaea e Bacteria.

Dentro das bactérias encontramos cinco grupos: proteobactérias, clamídias, espiroquetas cianobacterianas e bactérias gram positivas. Da mesma forma, temos quatro grupos principais de archaea: Euryarchaeota, TACK Group, Asgard e DPANN Group.

Novas idéias

Um dos conceitos mais difundidos em biologia é a simplicidade do citosol procariótico. No entanto, novas evidências sugerem que existe uma organização potencial nas células procarióticas. Atualmente, os cientistas estão tentando quebrar o dogma da ausência de organelas, citoesqueleto e outras características nesta linhagem unicelular.

Organelas em procariontes

Os autores dessa proposta bastante nova e polêmica asseguram que existem níveis de compartimentação nas células eucarióticas, principalmente em estruturas delimitadas por proteínas e lipídios intracelulares.

Segundo os defensores dessa ideia, uma organela é um compartimento circundado por uma membrana biológica com função bioquímica específica. Dentre essas "organelas" que se enquadram nessa definição estão os corpos lipídicos, carboxi-somes, vacúolos gasosos, entre outros.

Magnetosomes

Um dos compartimentos mais fascinantes das bactérias são os magnetossomos. Essas estruturas estão relacionadas à capacidade de certas bactérias - como Magnetospirillum ou Magnetococcus - usar campos magnéticos para orientação.

Estruturalmente, eles são um pequeno corpo de 50 nanômetros cercado por uma membrana lipídica, cujo interior é composto de minerais magnéticos.

Membranas fotossintéticas

Além disso, alguns procariotos possuem "membranas fotossintéticas", que são os compartimentos mais estudados nesses organismos.

Esses sistemas trabalham para maximizar a eficiência da fotossíntese, aumentando o número de proteínas fotossintéticas disponíveis e maximizando a superfície membranosa que é exposta à luz.

Compartimentos em

Não foi possível traçar um caminho evolutivo plausível desses compartimentos mencionados anteriormente até as organelas altamente complexas dos eucariotos.

No entanto, o gênero Planctomycetes possui uma série de compartimentos internos que lembram organelas próprias e podem ser propostos como o ancestral bacteriano dos eucariotos. No gênero Pirellula existem cromossomos e ribossomos circundados por membranas biológicas.

Componentes do citoesqueleto

Da mesma forma, existem certas proteínas que foram historicamente consideradas exclusivas dos eucariotos, incluindo os filamentos essenciais que fazem parte do citoesqueleto: tubulina, actina e filamentos intermediários.

Investigações recentes conseguiram identificar proteínas homólogas à tubulina (FtsZ, BtuA, BtuB e outras), à actina (MreB e Mb1) e aos filamentos intermediários (CfoA).

Referências

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