Características de uma célula bacteriana

As células são as unidades fundamentais da vida e, como tal, são os menores elementos distintos dos seres vivos que retêm toda a chave propriedades associadas aos seres vivos, incluindo o metabolismo, a capacidade de reprodução e um meio de manutenção química Saldo. As células são procariótico, um termo que se refere a bactérias e um punhado de organismos unicelulares, ou eucariótico, que se refere a plantas, fungos e animais.

As células bacterianas e outras células procarióticas são muito mais simples em quase todos os aspectos do que suas contrapartes eucarióticas. Todas as células, no mínimo, incluem uma membrana plasmática, citoplasma e material genético na forma de DNA. Embora as células eucarióticas apresentem uma ampla variedade de elementos além desses essenciais, essas três coisas são responsáveis ​​por quase a totalidade das células bacterianas. As células bacterianas, no entanto, incluem algumas características que as células eucarióticas não incluem, principalmente uma parede celular.

Um único organismo eucariótico pode ter trilhões de células, embora as leveduras sejam unicelulares; as células bacterianas, por outro lado, possuem apenas uma célula. Considerando que as células eucarióticas incluem uma variedade de organelas ligadas à membrana, como o núcleo, mitocôndrias (em animais), cloroplastos (resposta das plantas às mitocôndrias), corpos de Golgi, o retículo endoplasmático e lisossomas, as células bacterianas não têm organelas. Tanto os eucariotos quanto os procariontes incluem ribossomos, as minúsculas estruturas responsáveis ​​pela síntese de proteínas, mas estes são tipicamente mais facilmente visualizado em eucariotos porque muitos deles se agrupam ao longo do endoplasmático linear em forma de fita retículo.

É fácil considerar as células bacterianas e as próprias bactérias como "primitivas", devido à sua maior idade evolutiva (cerca de 3,5 bilhões de anos, vs. cerca de 1,5 bilhão para procariontes) e sua simplicidade. Isso, no entanto, é enganoso por uma série de razões. Uma é que, do ponto de vista absoluto da sobrevivência das espécies, mais complexo não significa necessariamente mais robusto; com toda a probabilidade, as bactérias como um grupo sobreviverão aos humanos e outros organismos "superiores" assim que as condições na Terra mudarem o suficiente. Uma segunda razão é que as células bacterianas, embora simples, desenvolveram uma variedade de mecanismos de sobrevivência potentes que os eucariotos não desenvolveram.

As células bacterianas têm três formas básicas: em forma de bastonete (os bacilos), redondas (cocos) e em forma de espiral (espirilos). Essas características morfológicas das células bacterianas podem ser úteis no diagnóstico de doenças infecciosas causadas por bactérias conhecidas. Por exemplo, "faringite estreptocócica" é causada por espécies de Estreptococos, que, como o nome indica, são redondos, assim como Estafilococos. O antraz é causado por um grande bacilo, e a doença de Lyme é causada por uma espiroqueta em forma de espiral. Além das formas variáveis ​​das células individuais, as células bacterianas tendem a ser encontradas em agrupamentos, cuja estrutura varia dependendo da espécie em questão. Alguns bastonetes e cocos crescem em longas cadeias, enquanto alguns outros cocos são encontrados em aglomerados que lembram um pouco a forma de células individuais.

A maioria das células bacterianas pode, ao contrário dos vírus, viver independentemente de outros organismos e não depende de outros seres vivos para necessidades metabólicas ou reprodutivas. Exceções, entretanto, existem; algumas espécies de Rickettsiae e Clamídia são obrigatoriamente intracelulares, o que significa que não têm outra opção a não ser habitar as células dos seres vivos para sobreviver.

A falta de um núcleo nas células bacterianas é a razão pela qual as células procarióticas foram originalmente distinguidas de células eucarióticas, uma vez que esta diferença é evidente mesmo em microscópios de ampliação comparativamente baixa potência. O DNA bacteriano, embora não seja cercado por uma membrana nuclear como a dos eucariotos, tende a se agrupar intimamente, e a formação rugosa resultante é chamada de nucleóide. Há consideravelmente menos DNA em geral nas células bacterianas do que nas células eucarióticas; se esticado de ponta a ponta, uma única cópia do material genético do eucarioto típico, ou cromatina, se estenderia para cerca de 1 milímetro, enquanto o de uma bactéria mede cerca de 1 a 2 micrômetros - 500 a 1.000 vezes diferença. O material genético dos eucariotos inclui o próprio DNA e proteínas chamadas histonas, enquanto o DNA procariótico tem algumas poliaminas (compostos de nitrogênio) e íons de magnésio associados a ele.

Talvez a diferença estrutural mais óbvia entre as células bacterianas e outras células seja o fato de que as bactérias possuem paredes celulares. Estas paredes, feitas de peptidoglicano moléculas, situam-se fora da membrana celular, que as células de todos os tipos apresentam. Os peptidoglicanos consistem em uma combinação de açúcares polissacarídeos e componentes proteicos; sua principal tarefa é adicionar proteção e rigidez às bactérias e oferecer um ponto de ancoragem para estruturas como pili e flagelos, que se originam na membrana celular e se estendem através da parede celular até o ambiente externo.

Se você fosse um microbiologista operando em um século passado e quisesse criar uma droga que seria perigosa para as células bacterianas, embora em grande parte inofensiva para as células humanas, e tivesse conhecimento da as respectivas estruturas da composição celular desses organismos, você pode fazer isso projetando ou encontrando substâncias que são tóxicas para as paredes celulares, poupando outras células componentes. Na verdade, é exatamente assim que muitos antibióticos operam: eles têm como alvo e destroem as paredes celulares das bactérias, matando as bactérias como resultado. Penicilinas, que surgiu no início da década de 1940 como a primeira classe de antibióticos, age inibindo a síntese dos peptidoglicanos que compõem a parede celular de algumas bactérias, mas não de todas. Eles fazem isso inativando uma enzima que catalisa um processo denominado reticulação em bactérias suscetíveis. Ao longo dos anos, a administração de antibióticos selecionou bactérias que produzem substâncias chamadas beta-lactamases, que têm como alvo as penicilinas "invasoras". Assim, uma "corrida armamentista" de longa data e sem fim continua em vigor entre os antibióticos e seus minúsculos alvos causadores de doenças.

Algumas bactérias apresentam estruturas externas que as auxiliam em sua navegação pelo mundo físico. Por exemplo, flagelo (singular: flagelo) são apêndices em forma de chicote que fornecem um meio de locomoção para as bactérias que os possuem, semelhante ao dos girinos. Às vezes, eles são encontrados em uma extremidade de uma célula bacteriana; algumas bactérias os possuem em ambas as extremidades. O flagelo "bate" como uma hélice, permitindo que as bactérias "perseguam" nutrientes, "escapem" de produtos químicos tóxicos ou se movam em direção à luz (algumas bactérias, chamadas cianobactéria, dependem da fotossíntese para obter energia como as plantas e, portanto, requerem exposição regular à luz).

Pili (singular: pilus), são estruturalmente semelhantes aos flagelos, pois são projeções semelhantes a cabelos que se estendem para fora da superfície da célula bacteriana. Sua função, entretanto, é diferente. Em vez de auxiliar na locomoção, os pili ajudam as bactérias a se prenderem a outras células e superfícies de várias composições, incluindo rochas, intestinos e até mesmo o esmalte dos dentes. Em outras palavras, eles oferecem "pegajosidade" às ​​bactérias da mesma forma que as conchas características das cracas permitem que esses organismos adiram às rochas. Sem pili, muitas bactérias patogênicas (ou seja, causadoras de doenças) não são infecciosas, porque não podem aderir aos tecidos do hospedeiro. Um tipo especializado de pili é usado para um processo chamado conjugação, em que duas bactérias trocam porções de DNA.

Uma construção bastante diabólica de certas bactérias são os endosporos. Bacilo e Clostridium espécies podem produzir esses esporos, que são versões altamente resistentes ao calor, desidratadas e inativas de células bacterianas normais que são criadas dentro das células. Eles contêm seu próprio genoma completo e todas as enzimas metabólicas. A principal característica do endosporo é sua complexa camada protetora de esporos. O botulismo da doença é causado por um Clostridium botulinum endosporo, que secreta uma substância mortal chamada endotoxina.

As bactérias são produzidas por um processo denominado fissão binária, que significa simplesmente se dividir ao meio e criar um par de células que são geneticamente idênticas à célula-mãe. Esta forma assexuada de reprodução está em nítido contraste com a reprodução de eucariotos, que é sexual em que envolve dois organismos pais contribuindo com uma quantidade igual de material genético para criar um filhos. Embora a reprodução sexual na superfície possa parecer complicada - afinal, por que introduzir essa etapa energeticamente dispendiosa se as células podem simplesmente se dividir ao meio? - é uma garantia absoluta da diversidade genética, e esse tipo de diversidade é essencial para a sobrevivência das espécies.

Pense nisso: se todo ser humano fosse geneticamente idêntico ou mesmo próximo, especialmente no nível de enzimas e proteínas, você não pode ver mas que servem a funções metabólicas vitais, então um único tipo de adversário biológico seria suficiente para potencialmente eliminar todos os humanidade. Você já sabe que os humanos diferem em sua suscetibilidade genética a certas coisas, desde as principais (algumas pessoas podem morrer por exposição a pequenas exposições a alérgenos, incluindo amendoim e veneno de abelha) para o relativamente trivial (algumas pessoas não conseguem digerir a lactase do açúcar, tornando-as incapazes de consumir produtos lácteos sem sérias interrupções no sistema gastrointestinal sistemas). Uma espécie que desfruta de uma grande diversidade genética está amplamente protegida da extinção, porque essa diversidade oferece a matéria-prima sobre a qual as pressões de seleção natural favoráveis ​​podem atuar. Se 10% da população de uma determinada espécie for imune a um certo vírus que a espécie ainda não experimentou, isso é uma mera peculiaridade. Se, por outro lado, o vírus se manifesta nesta população, pode não demorar muito para que esse acaso 10 por cento represente 100 por cento dos organismos sobreviventes nesta espécie.

Como resultado, as bactérias desenvolveram vários métodos para garantir a diversidade genética. Esses incluem transformação, conjugação e transdução. Nem todas as células bacterianas podem fazer uso de todos esses processos, mas, entre eles, elas permitem que todas as espécies bacterianas sobrevivam muito mais do que fariam de outra forma.

Transformação é o processo de retirar DNA do meio ambiente e é dividido em formas naturais e artificiais. Na transformação natural, o DNA de bactérias mortas é internalizado através da membrana celular, como um necrófago, e incorporado ao DNA das bactérias sobreviventes. Na transformação artificial, os cientistas intencionalmente introduzem DNA em uma bactéria hospedeira, muitas vezes E. coli (porque essa espécie tem um genoma pequeno e simples que é facilmente manipulado) para estudar esses organismos ou criar um produto bacteriano desejado. Muitas vezes, o DNA introduzido é de um plasmídeo, um anel natural de DNA bacteriano.

Conjugação é o processo pelo qual uma bactéria usa um pilus ou pili para "injetar" DNA em uma segunda bactéria via contato direto. O DNA transmitido pode, como na transformação artificial, ser um plasmídeo ou pode ser um fragmento diferente. O DNA recém-introduzido pode incluir um gene vital que codifica as proteínas que permitem a resistência aos antibióticos.

Finalmente, a transdução depende da presença de um vírus invasor denominado bacteriófago. Os vírus dependem de células vivas para se replicar porque, embora possuam material genético, carecem do mecanismo para fazer cópias dele. Esses bacteriófagos colocam seu próprio material genético no DNA das bactérias que invadem e dirigem o bactérias para fazer mais fagos, cujos genomas contêm uma mistura do DNA bacteriano original e o DNA do bacteriófago. Quando esses novos bacteriófagos deixam a célula, eles podem invadir outras bactérias e transmitir o DNA adquirido do hospedeiro anterior para a nova célula bacteriana.