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Archaea tem organelas ligadas à membrana?

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De Campbell Ch. 6 Introdução à célula,

Qual das seguintes afirmações sobre bactérias e células de arquea está correta?

A) As células Archaea contêm pequenas organelas fechadas por membrana; bactérias não.

B) As células Archaea contêm um núcleo ligado à membrana; bactérias não.

C) O DNA está presente tanto em células de arquéias quanto em células de bactérias.

D) O DNA está presente nas mitocôndrias de bactérias e células arqueas.

(A) está correto. Minha lógica era que Archaea e Bacteria eram originalmente da mesma família, pois são procariontes com organelas sem membrana. Este pensamento está correto? Se não, onde estou errado?


A) As células Archaea contêm pequenas organelas fechadas por membrana; bactérias não.

FALSO. Como você disse, Archaea e Bacteria são procariontes: que não têm nenhum núcleo nem organelas ligadas à membrana.

B) As células Archaea contêm um núcleo ligado à membrana; bactérias não.

FALSO. Veja o comentário acima.

C) O DNA está presente tanto em células de arquéias quanto em células de bactérias.

VERDADE. Além de algum tipo de vírus, todos os organismos vivos* têm DNA como suporte de seu genoma. Ele confirma que outras escolhas são falsas.

D) O DNA está presente nas mitocôndrias de bactérias e células arquea.

FALSO. Ver comentário para a resposta A: nenhum deles tem mitocôndrias.

Mais informações: Archaea na Wikipedia

(*) Os vírus nem sempre são considerados organismos vivos.


Características da arquéia

Embora os domínios Bacteria, Archaea e Eukarya tenham sido baseados em critérios genéticos, as propriedades bioquímicas também indicam que as arqueas formam um grupo independente dentro dos procariotos e que compartilham características com as bactérias e os eucariotos. Os principais exemplos dessas características incluem:

3. Complexidade da RNA polimerase: a transcrição em todos os tipos de organismos é realizada por uma enzima chamada RNA polimerase, que copia um modelo de DNA em um produto de RNA. As bactérias contêm uma RNA polimerase simples que consiste em quatro polipeptídeos. No entanto, tanto as arquéias quanto os eucariotos têm várias RNA polimerases que contêm vários polipeptídeos. Por exemplo, as RNA polimerases de archaea contêm mais de oito polipeptídeos. As RNA polimerases de eucariotos também consistem em um grande número de polipeptídeos (10-12), com os tamanhos relativos dos polipeptídeos sendo semelhantes aos da RNA polimerase hipertermofílica de archaeal. Portanto, as archaeal RNA polimerases se assemelham mais a RNA polimerases de eucariotos do que às de bactérias.

4. Síntese de proteínas: várias características da síntese de proteínas nas arquéias são semelhantes às dos eucariotos, mas não das bactérias. Uma diferença importante é que as bactérias têm um tRNA iniciador (RNA de transferência) que possui uma metionina modificada, enquanto os eucariotos e arquéias têm um tRNA iniciador com uma metionina não modificada.

5. Metabolismo: vários tipos de metabolismo existem em arquéias e bactérias que não existem em eucariotos, incluindo fixação de nitrogênio, desnitrificação, quimiolitotrofia e crescimento hipertermofílico. A metanogênese (a produção de metano como subproduto metabólico) ocorre apenas no domínio Archaea, especificamente na subdivisão Euryarchaeota. A fotossíntese clássica usando clorofila não foi encontrada em nenhuma arquea.

As estratégias metabólicas utilizadas pelas arquéias são consideradas de natureza extraordinariamente diversa. Por exemplo, as arqueas halofílicas parecem ser capazes de prosperar em ambientes com alto teor de sal porque abrigam um conjunto especial de genes que codificam enzimas para uma via metabólica que limita a osmose. Essa via metabólica, conhecida como via do metilaspartato, representa um tipo único de anaplerose (o processo de reposição de suprimentos de intermediários metabólicos, neste caso, o intermediário é o metilaspartato). Arqueanos halofílicos, que incluem Haloarcula marismortui, um organismo modelo usado em pesquisas científicas, acredita-se que tenha adquirido o conjunto único de genes para a via do metilaspartato por meio de um processo conhecido como transferência horizontal de genes, em que os genes são passados ​​de uma espécie para outra.


Conteúdo

Conceito inicial Editar

Durante grande parte do século 20, os procariontes foram considerados um único grupo de organismos e classificados com base em sua bioquímica, morfologia e metabolismo. Microbiologistas tentaram classificar os microrganismos com base nas estruturas de suas paredes celulares, suas formas e as substâncias que consomem. [9] Em 1965, Emile Zuckerkandl e Linus Pauling [10], em vez disso, propôs usar as sequências dos genes em diferentes procariotos para descobrir como eles estão relacionados entre si. Esta abordagem filogenética é o principal método usado hoje. [11]

As arquéias - naquela época apenas os metanógenos eram conhecidos - foram classificadas separadamente das bactérias em 1977 por Carl Woese e George E. Fox com base em seus genes de RNA ribossômico (rRNA). [12] Eles chamaram esses grupos de Urkingdoms de Archaebacteria e Eubacteria, embora outros pesquisadores as tratassem como reinos ou sub-reinos. Woese e Fox deram a primeira evidência de Archaebacteria como uma "linha de descendência" separada: 1. falta de peptidoglicano em suas paredes celulares, 2. duas coenzimas incomuns, 3. resultados do sequenciamento do gene 16S do RNA ribossômico. Para enfatizar essa diferença, Woese, Otto Kandler e Mark Wheelis propuseram posteriormente reclassificar os organismos em três domínios naturais conhecidos como o sistema de três domínios: os Eukarya, as Bactérias e as Archaea, [1] no que agora é conhecido como "A Revolução Woesiana " [13]

A palavra archaea vem do grego antigo ἀρχαῖα, que significa "coisas antigas", [14] já que os primeiros representantes do domínio Archaea eram metanógenos e foi assumido que seu metabolismo refletia a atmosfera primitiva da Terra e a antiguidade dos organismos, mas à medida que novos habitats eram estudados, mais organismos foram descobertos. Micróbios halofílicos extremos [15] e hipertermofílicos [16] também foram incluídos em Archaea. Por muito tempo, as archaea foram vistas como extremófilos que existem apenas em habitats extremos, como fontes termais e lagos salgados, mas, no final do século 20, as archaea foram identificadas também em ambientes não extremos. Hoje, eles são conhecidos por serem um grupo grande e diversificado de organismos abundantemente distribuídos por toda a natureza. [17] Esta nova apreciação da importância e ubiqüidade das arquéias veio do uso da reação em cadeia da polimerase (PCR) para detectar procariotos de amostras ambientais (como água ou solo) pela multiplicação de seus genes ribossômicos. Isso permite a detecção e identificação de organismos que não foram cultivados em laboratório. [18] [19]

Edição de Classificação

A classificação de archaea e de procariotos em geral é um campo que se move rapidamente e é controverso. Os sistemas de classificação atuais têm como objetivo organizar as archaea em grupos de organismos que compartilham características estruturais e ancestrais comuns. [20] Essas classificações dependem fortemente do uso da sequência de genes do RNA ribossômico para revelar as relações entre os organismos (filogenética molecular). [21] A maioria das espécies cultiváveis ​​e bem investigadas de archaea são membros de dois filos principais, Euryarchaeota e Crenarchaeota. Outros grupos foram provisoriamente criados, como as espécies peculiares Nanoarchaeum equitans, que foi descoberto em 2003 e recebeu seu próprio filo, o Nanoarchaeota. [22] Um novo filo Korarchaeota também foi proposto. Ele contém um pequeno grupo de espécies termofílicas incomuns que compartilham características de ambos os filos principais, mas está mais intimamente relacionado aos Crenarchaeota. [23] [24] Outras espécies recentemente detectadas de arquéias são apenas remotamente relacionadas a qualquer um desses grupos, como os nanoorganismos acidófilos da Mina de Richmond Archaeal (ARMAN, compreendendo Micrarchaeota e Parvarchaeota), que foram descobertos em 2006 [25] e são alguns dos menores organismos conhecidos. [26]

Um superfilo - TACK - que inclui Thaumarchaeota, Aigarchaeota, Crenarchaeota e Korarchaeota foi proposto em 2011 para estar relacionado à origem dos eucariotos. [27] Em 2017, o recém-descoberto e recém-nomeado superfilo Asgard foi proposto para ser mais intimamente relacionado ao eucarioto original e um grupo irmão do TACK. [28]

Edição de cladograma

De acordo com Tom A. Williams et al. (2017) [29] e Castelle & amp Banfield (2018) [30] (DPANN):

Edição de taxonomia

  • "Euryarchaeida" Luketa 2012
    • "Hydrothermarchaeota" Jungbluth, Amend & amp Rappe 2016
      • "Hydrothermarchaeia" Chuvochina et al. 2019
      • ? "Perséfonarchaea" Mwirichia et al. 2016
      • "Hadarchaeia" Chuvochina et al. 2019
        Zillig & amp Reysenbach 2002Garrity & amp Holt 2002Boone 2002BBoone 2002
    • "Izemarchaea" Adam et al. 2017
    • "Poseidoniia" Rinke et al. 2019Reysenbach 2002
    • "Methanonatronarchaeia" Sorokin et al. 2017
    • "Methanoliparia" Borrel et al. 2019
    • "Syntropharchaeia" Garrity, Bell & amp Lilburn 2003Garrity & amp Holt 2002Grant et al. 2002
      • Corrigido "Altarchaeota". Probst et al. 2018
        • Corrigido "Altarchaeia". Probst et al. 2014
        • "Iainarchaeia" Rinke et al. 2020
        • "Micrarchaeia"
        • "Undinarchaeia" Dombrowski et al. 2020
        • Correcção de "Aenigmatarchaeia". Rinke et al. 2020
        • Corrigido "Huberarchaeia". Probst et al. 2019
        • ? "Nanohalobia" La Cono et al. 2020
        • ? Correcção de "Nanohalarchaeia". Narasingarao et al. 2012
        • "Nanosalinia" Rinke et al. 2020
        • "Nanoarchaeia"
        • "Filarchaeota" Cavalier-Smith, T. 2014[34] (TACK)
          • ? "Brockarchaeota" De Anda et al. 2018
          • "Korarchaeota" Barns et al. 1996
            • "Korarchaeia" Rinke et al. 2020
              Stieglmeier et al. 2014
            • "Metanometilia" Vanwonterghem et al. 2016
            • "Thermoproteia" (Thermoprotei)
            • "Borrarchaeota" Liu et al. 2020
            • ? "Baldrarchaeota" Liu et al. 2020
            • "Odinarchaeota" Katarzyna Zaremba-Niedzwiedzka et al. 2017
            • "Helarchaeota" Seitz et al. 2019
            • "Lokiarchaeota" Spang et al. 2015
            • "Thorarchaeota" Seitz et al. 2016
            • ? "Hermodarchaeota" Liu et al. 2020
            • ? "Sifarchaeota" Farag et al. 2020
            • ? "Wukongarchaeota" Liu et al. 2020
            • ? "Hodarchaeota" Liu et al. 2020
            • ? "Gerdarchaeota" ai et al. 2020
            • ? "Kariarchaeota" Liu et al. 2020
            • "Heimdallarchaeota" Katarzyna Zaremba-Niedzwiedzka et al. 2017

            Conceito de espécie Editar

            A classificação de archaea em espécies também é controversa. A biologia define uma espécie como um grupo de organismos relacionados. O conhecido critério de criação exclusivo (organismos que podem se reproduzir uns com os outros, mas não com outros) não ajuda em nada, já que as archaea só se reproduzem assexuadamente. [35]

            Archaea apresentam altos níveis de transferência horizontal de genes entre linhagens. Alguns pesquisadores sugerem que os indivíduos podem ser agrupados em populações semelhantes a espécies, dados genomas altamente semelhantes e transferência de genes infrequente de / para células com genomas menos relacionados, como no gênero Ferroplasma. [36] Por outro lado, estudos em Halorubrum encontraram transferência genética significativa de / para populações menos relacionadas, limitando a aplicabilidade do critério. [37] Alguns pesquisadores questionam se tais designações de espécies têm significado prático. [38]

            O conhecimento atual sobre a diversidade genética é fragmentário e o número total de espécies de archaeal não pode ser estimado com precisão. [21] As estimativas do número de filos variam de 18 a 23, dos quais apenas 8 têm representantes que foram cultivados e estudados diretamente. Muitos desses grupos hipotéticos são conhecidos a partir de uma única sequência de rRNA, indicando que a diversidade entre esses organismos permanece obscura. [39] As bactérias também incluem muitos micróbios não cultivados com implicações semelhantes para a caracterização. [40]

            A idade da Terra é de cerca de 4,54 bilhões de anos. [41] [42] [43] Evidências científicas sugerem que a vida começou na Terra há pelo menos 3,5 bilhões de anos. [44] [45] A evidência mais antiga de vida na Terra é a grafite considerada biogênica em rochas metassedimentares de 3,7 bilhões de anos descobertas na Groenlândia Ocidental [46] e fósseis microbianos encontrados em arenito de 3,48 bilhões de anos descoberto na Austrália Ocidental. [47] [48] Em 2015, possíveis restos de matéria biótica foram encontrados em rochas de 4,1 bilhões de anos no oeste da Austrália. [49] [50]

            Embora prováveis ​​fósseis de células procarióticas datem de quase 3,5 bilhões de anos atrás, a maioria dos procariotos não tem morfologias distintas, e as formas dos fósseis não podem ser usadas para identificá-los como arquéias. [51] Em vez disso, fósseis químicos de lipídios únicos são mais informativos porque tais compostos não ocorrem em outros organismos. [52] Algumas publicações sugerem que restos de archaeal ou de lipídios eucarióticos estão presentes em folhelhos que datam de 2,7 bilhões de anos atrás, [53] embora tais dados tenham sido questionados desde então. [54] Esses lipídios também foram detectados em rochas ainda mais antigas do oeste da Groenlândia. Os vestígios mais antigos vêm do distrito de Isua, que inclui os sedimentos conhecidos mais antigos da Terra, formados há 3,8 bilhões de anos. [55] A linhagem arquea pode ser a mais antiga que existe na Terra. [56]

            Woese argumentou que as bactérias, arquéias e eucariotos representam linhas distintas de descendência que divergiram desde o início de uma colônia ancestral de organismos. [57] [58] Uma possibilidade [58] [59] é que isso ocorreu antes da evolução das células, quando a falta de uma membrana celular típica permitia a transferência lateral irrestrita de genes, e que os ancestrais comuns dos três domínios surgiram por fixação de subconjuntos específicos de genes. [58] [59] É possível que o último ancestral comum de bactérias e arquéias tenha sido um termófilo, o que aumenta a possibilidade de que temperaturas mais baixas sejam "ambientes extremos" para arquéias e organismos que vivem em ambientes mais frios só apareceram mais tarde. [60] Uma vez que as arquéias e as bactérias não estão mais relacionadas entre si do que com os eucariotos, o termo procarionte pode sugerir uma falsa semelhança entre eles. [61] No entanto, semelhanças estruturais e funcionais entre as linhagens freqüentemente ocorrem por causa de características ancestrais compartilhadas ou convergência evolutiva. Essas semelhanças são conhecidas como grau, e procariotos são melhor considerados como um grau de vida, caracterizado por características como a ausência de organelas ligadas à membrana.

            Comparação com outros domínios Editar

            A tabela a seguir compara algumas das principais características dos três domínios, para ilustrar suas semelhanças e diferenças. [62]

            Propriedade Archaea Bactérias Eukarya
            Membrana celular Lipídios ligados a éter Lípidos ligados a éster Lípidos ligados a éster
            Parede celular Pseudopeptidoglicano, glicoproteína ou camada S Peptidoglicano, camada S ou sem parede celular Várias estruturas
            Estrutura do gene Cromossomos circulares, tradução e transcrição semelhantes para Eukarya Cromossomos circulares, tradução e transcrição únicas Múltiplos cromossomos lineares, mas tradução e transcrição semelhantes a Archaea
            Estrutura da célula interna Sem organelas ligadas à membrana (? [63]) ou núcleo Sem organelas ou núcleo ligado à membrana Organelas ligadas à membrana e núcleo
            Metabolismo [64] Vários, incluindo diazotrofia, com metanogênese única para Archaea Vários, incluindo fotossíntese, respiração aeróbica e anaeróbia, fermentação, diazotrofia e autotrofia Fotossíntese, respiração celular e fermentação sem diazotrofia
            Reprodução Reprodução assexuada, transferência horizontal de genes Reprodução assexuada, transferência horizontal de genes Reprodução sexual e assexuada
            Iniciação da síntese de proteínas Metionina Formilmetionina Metionina
            RNA polimerase Muitos 1 Muitos
            EF-2 / EF-G Sensível à toxina da difteria Resistente à toxina da difteria Sensível à toxina da difteria

            As arquéias foram separadas como um terceiro domínio por causa das grandes diferenças em sua estrutura de RNA ribossômico. A molécula 16S rRNA particular é a chave para a produção de proteínas em todos os organismos. Como essa função é tão central para a vida, é improvável que organismos com mutações em seu rRNA 16S sobrevivam, levando a uma grande (mas não absoluta) estabilidade na estrutura desse polinucleotídeo ao longo de gerações. 16S rRNA é grande o suficiente para mostrar variações específicas do organismo, mas ainda pequeno o suficiente para ser comparado rapidamente. Em 1977, Carl Woese, um microbiologista que estudava as sequências genéticas dos organismos, desenvolveu um novo método de comparação que envolvia a divisão do RNA em fragmentos que podiam ser classificados e comparados com outros fragmentos de outros organismos. [12] Quanto mais semelhantes os padrões entre as espécies, mais intimamente eles estão relacionados. [65]

            Woese usou seu novo método de comparação de rRNA para categorizar e contrastar diferentes organismos. Ele comparou uma variedade de espécies e encontrou um grupo de metanógenos com rRNA muito diferente de quaisquer procariotos ou eucariotos conhecidos. [12] Esses metanógenos eram muito mais semelhantes entre si do que com outros organismos, levando Woese a propor o novo domínio de Archaea. [12] Seus experimentos mostraram que as arquéias eram geneticamente mais semelhantes aos eucariotos do que aos procariontes, embora fossem mais semelhantes aos procariontes na estrutura. [66] Isso levou à conclusão de que Archaea e Eukarya compartilhavam um ancestral comum mais recente do que Eukarya e Bacteria. [66] O desenvolvimento do núcleo ocorreu após a divisão entre as bactérias e este ancestral comum. [66] [1]

            Uma propriedade exclusiva das archaea é o uso abundante de lipídios ligados ao éter em suas membranas celulares. As ligações éter são quimicamente mais estáveis ​​do que as ligações éster encontradas em bactérias e eucariontes, o que pode ser um fator que contribui para a capacidade de muitas arquéias de sobreviver em ambientes extremos que colocam forte estresse nas membranas celulares, como calor extremo e salinidade. A análise comparativa dos genomas das arquéias também identificou vários indels de assinatura conservados moleculares e proteínas de assinatura exclusivamente presentes em todas as arquéias ou em diferentes grupos principais dentro das arquéias. [67] [68] [69] Outra característica única das arquéias, não encontrada em nenhum outro organismo, é a metanogênese (a produção metabólica de metano). Archaea metanogênica desempenha um papel fundamental em ecossistemas com organismos que derivam energia da oxidação do metano, muitos dos quais são bactérias, já que muitas vezes são uma importante fonte de metano em tais ambientes e podem desempenhar um papel como produtores primários. Os metanogênios também desempenham um papel crítico no ciclo do carbono, decompondo o carbono orgânico em metano, que também é um importante gás de efeito estufa. [70]

            Relação com bactérias Editar

            As relações entre os três domínios são de importância central para a compreensão da origem da vida.A maioria das vias metabólicas, que são o objeto da maioria dos genes de um organismo, são comuns entre Archaea e Bacteria, enquanto a maioria dos genes envolvidos na expressão do genoma são comuns entre Archaea e Eukarya. [72] Dentro dos procariotos, a estrutura da célula arquea é mais semelhante à das bactérias gram-positivas, principalmente porque ambas têm uma única bicamada lipídica [73] e geralmente contêm um sáculo espesso (exoesqueleto) de composição química variável. [74] Em algumas árvores filogenéticas baseadas em diferentes sequências de genes / proteínas de homólogos procarióticos, os homólogos de arquea estão mais intimamente relacionados aos de bactérias gram-positivas. [73] Archaea e bactérias gram-positivas também compartilham indels conservados em várias proteínas importantes, como Hsp70 e glutamina sintetase I [73] [75], mas a filogenia desses genes foi interpretada para revelar a transferência de genes entre domínios, [76] [77] e pode não refletir a (s) relação (ões) do organismo. [78]

            Foi proposto que as arquéias evoluíram de bactérias gram-positivas em resposta à pressão de seleção de antibióticos. [73] [75] [79] Isso é sugerido pela observação de que as arquéias são resistentes a uma ampla variedade de antibióticos produzidos principalmente por bactérias gram-positivas, [73] [75] e que esses antibióticos atuam principalmente nos genes que distinguem archaea de bactérias. A proposta é que a pressão seletiva para a resistência gerada pelos antibióticos gram-positivos acabou sendo suficiente para causar mudanças extensas em muitos dos genes-alvo dos antibióticos, e que essas cepas representaram os ancestrais comuns das Archaea atuais. [79] A evolução de Archaea em resposta à seleção de antibióticos, ou qualquer outra pressão seletiva competitiva, também poderia explicar sua adaptação a ambientes extremos (como alta temperatura ou acidez) como resultado de uma busca por nichos desocupados para escapar de antibióticos. organismos produtores [79] [80] Cavalier-Smith fez uma sugestão semelhante. [81] Esta proposta também é apoiada por outro trabalho que investiga as relações estruturais das proteínas [82] e estudos que sugerem que as bactérias gram-positivas podem constituir as primeiras linhagens ramificadas dentro dos procariotos. [83]

            Relação com eucariotos Editar

            A relação evolutiva entre arquéias e eucariotos permanece obscura. Além das semelhanças na estrutura e função das células que são discutidas abaixo, muitas árvores genéticas agrupam as duas. [84]

            Fatores complicadores incluem alegações de que a relação entre eucariotos e o filo de archaea Crenarchaeota é mais próxima do que a relação entre Euryarchaeota e o filo de Crenarchaeota [85] e a presença de genes semelhantes a archaea em certas bactérias, como Thermotoga maritima, da transferência horizontal de genes. [86] A hipótese padrão afirma que o ancestral dos eucariotos divergiu cedo da arquéia, [87] [88] e que os eucariotos surgiram através da fusão de um arqueano e eubacterium, que se tornou o núcleo e citoplasma. Esta hipótese explica várias semelhanças genéticas, mas encontra dificuldades para explicar a estrutura celular. [85] Uma hipótese alternativa, a hipótese dos eócitos, postula que os Eucariotos emergiram relativamente tarde da arquéia. [89]

            Uma linhagem de arquéias descoberta em 2015, Lokiarchaeum (do novo Filo proposto "Lokiarchaeota"), nomeado para uma fonte hidrotermal chamada Castelo de Loki no Oceano Ártico, foi considerado o mais estreitamente relacionado aos eucariotos conhecidos naquela época. Tem sido chamado de organismo de transição entre procariontes e eucariotos. [90] [91]

            Vários filos irmãos de "Lokiarchaeota" foram encontrados desde então ("Thorarchaeota", "Odinarchaeota", "Heimdallarchaeota"), todos juntos compreendendo um novo supergrupo Asgard proposto, que pode aparecer como um táxon irmão de Proteoarchaeota. [28] [3] [92]

            Detalhes da relação de membros Asgard e eucariotos ainda estão sob consideração, [93] embora, em janeiro de 2020, os cientistas relataram que Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum, um tipo de archaea de Asgard, pode ser uma possível ligação entre microrganismos procarióticos simples e eucarióticos complexos há cerca de dois bilhões de anos. [94] [95]

            As arquéias individuais variam de 0,1 micrômetros (μm) a mais de 15 μm de diâmetro e ocorrem em várias formas, comumente como esferas, hastes, espirais ou placas. [96] Outras morfologias na Crenarchaeota incluem células lobuladas de formato irregular em Sulfolobus, filamentos em forma de agulha que têm menos de meio micrômetro de diâmetro em Thermofilum, e hastes quase perfeitamente retangulares em Thermoproteus e Pyrobaculum. [97] Archaea no gênero Haloquadratum tal como Haloquadratum walsbyi são espécimes planos e quadrados que vivem em piscinas hipersalinas. [98] Essas formas incomuns são provavelmente mantidas por suas paredes celulares e por um citoesqueleto procariótico. Proteínas relacionadas aos componentes do citoesqueleto de outros organismos existem nas arquéias, [99] e filamentos se formam dentro de suas células, [100] mas, em contraste com outros organismos, essas estruturas celulares são mal compreendidas. [101] Em Thermoplasma e Ferroplasma a falta de uma parede celular significa que as células têm formas irregulares e podem se assemelhar a amebas. [102]

            Algumas espécies formam agregados ou filamentos de células de até 200 μm de comprimento. [96] Esses organismos podem ser proeminentes em biofilmes. [103] Notavelmente, agregados de Thermococcus coalescens as células se fundem em cultura, formando células gigantes únicas. [104] Archaea no gênero Pyrodictium produzir uma colônia multicelular elaborada envolvendo matrizes de tubos ocos longos e finos chamados cânulas que se projetam das superfícies das células e as conectam em uma densa aglomeração semelhante a um arbusto. [105] A função dessas cânulas não está definida, mas podem permitir a comunicação ou troca de nutrientes com os vizinhos. [106] Existem colônias de várias espécies, como a comunidade "colar de pérolas" que foi descoberta em 2001 em um pântano alemão. Colônias esbranquiçadas redondas de uma nova espécie de Euryarchaeota são espaçadas ao longo de filamentos finos que podem variar até 15 centímetros (5,9 pol.) De comprimento. Esses filamentos são feitos de uma espécie de bactéria específica. [107]

            As arquéias e as bactérias geralmente têm estrutura celular semelhante, mas a composição e a organização das células diferenciam as arquéias. Como as bactérias, as arqueas não possuem membranas internas e organelas. [61] Como as bactérias, as membranas celulares das arqueas são geralmente delimitadas por uma parede celular e nadam usando um ou mais flagelos. [108] Estruturalmente, as arquéias são mais semelhantes às bactérias gram-positivas. A maioria tem uma única membrana plasmática e parede celular, e falta um espaço periplasmático, a exceção a esta regra geral é Ignicoccus, que possui um periplasma particularmente grande que contém vesículas ligadas à membrana e é envolvido por uma membrana externa. [109]

            Parede celular e flagelos Editar

            A maioria das archaea (mas não Thermoplasma e Ferroplasma) possuem uma parede celular. [102] Na maioria das arqueas, a parede é montada a partir de proteínas da camada superficial, que formam uma camada S. [110] Uma camada S é uma matriz rígida de moléculas de proteína que cobrem a parte externa da célula (como a cota de malha). [111] Essa camada fornece proteção química e física e pode evitar que as macromoléculas entrem em contato com a membrana celular. [112] Ao contrário das bactérias, as arqueas não possuem peptidoglicano em suas paredes celulares. [113] As metanobacterianas têm paredes celulares contendo pseudopeptidoglicano, que se assemelha ao peptidoglicano eubacteriano na morfologia, função e estrutura física, mas o pseudopeptidoglicano é distinto na estrutura química, não tem D-aminoácidos e ácido N-acetilmurâmico, substituindo o último por N-Acetiltalosaminurônico ácido. [112]

            Os flagelos arqueados são conhecidos como arcella, que operam como flagelos bacterianos - seus longos caules são acionados por motores rotatórios na base. Esses motores são alimentados por um gradiente de prótons através da membrana, mas as arquelas são notavelmente diferentes em composição e desenvolvimento. [108] Os dois tipos de flagelos evoluíram de ancestrais diferentes. O flagelo bacteriano compartilha um ancestral comum com o sistema de secreção do tipo III, [114] [115] enquanto os flagelos arqueados parecem ter evoluído a partir de pili bacteriano do tipo IV. [116] Em contraste com o flagelo bacteriano, que é oco e formado por subunidades que se movem pelo poro central até a ponta do flagelo, os flagelos arqueados são sintetizados pela adição de subunidades na base. [117]

            Editar Membranas

            As membranas das arquéias são feitas de moléculas que são distintamente diferentes daquelas em todas as outras formas de vida, mostrando que as arquéias estão relacionadas apenas distantemente com bactérias e eucariotos. [118] Em todos os organismos, as membranas celulares são feitas de moléculas conhecidas como fosfolipídios. Essas moléculas possuem uma parte polar que se dissolve em água (a "cabeça" de fosfato) e uma parte apolar "oleosa" que não se dissolve (a cauda lipídica). Essas partes diferentes são conectadas por uma porção de glicerol. Na água, os fosfolipídios se aglomeram, com as cabeças voltadas para a água e as caudas voltadas para o lado oposto. A principal estrutura das membranas celulares é uma camada dupla desses fosfolipídios, que é chamada de bicamada lipídica. [119]

            Os fosfolipídios de arquéias são incomuns de quatro maneiras:

            • Eles têm membranas compostas de glicerol-éter lipídico, enquanto bactérias e eucariotos têm membranas compostas principalmente de glicerol-esterlipídeos. [120] A diferença é o tipo de ligação que une os lipídios à porção glicerol; os dois tipos são mostrados em amarelo na figura à direita. Em lípidos de éster, esta é uma ligação de éster, enquanto que em lípidos de éter esta é uma ligação de éter. [121]
            • A estereoquímica da porção glicerol da arquea é a imagem espelhada daquela encontrada em outros organismos. A porção glicerol pode ocorrer em duas formas que são imagens espelhadas uma da outra, chamadas enantiômeros. Assim como uma mão direita não cabe facilmente em uma luva canhota, enantiômeros de um tipo geralmente não podem ser usados ​​ou feitos por enzimas adaptadas para o outro. Os fosfolipídios arquea são construídos em uma espinha dorsal de sn-glicerol-1-fosfato, que é um enantiômero de sn-glicerol-3-fosfato, a estrutura de fosfolipídios encontrada em bactérias e eucariotos. Isso sugere que as arquéias usam enzimas totalmente diferentes para sintetizar fosfolipídios em comparação com bactérias e eucariotos. Essas enzimas se desenvolveram muito cedo na história da vida, indicando uma separação precoce dos outros dois domínios. [118]
            • As caudas lipídicas arqueadas diferem das de outros organismos por serem baseadas em longas cadeias isoprenóides com múltiplas ramificações laterais, às vezes com anéis de ciclopropano ou ciclohexano. [122] Em contraste, os ácidos graxos nas membranas de outros organismos têm cadeias retas sem ramificações laterais ou anéis. Embora os isoprenóides desempenhem um papel importante na bioquímica de muitos organismos, apenas as arquéias os usam para fazer fosfolipídeos. Essas cadeias ramificadas podem ajudar a evitar que as membranas das arquéias vazem em altas temperaturas. [123]
            • Em algumas arquéias, a bicamada lipídica é substituída por uma monocamada. Com efeito, as arquéias fundem as caudas de duas moléculas de fosfolipídios em uma única molécula com duas cabeças polares (uma bolaanfifila). Essa fusão pode tornar suas membranas mais rígidas e mais capazes de resistir a ambientes hostis. [124] Por exemplo, os lipídios em Ferroplasma são desse tipo, que se acredita ajudar a sobrevivência desse organismo em seu habitat altamente ácido. [125]

            Archaea exibe uma grande variedade de reações químicas em seu metabolismo e usa muitas fontes de energia. Essas reações são classificadas em grupos nutricionais, dependendo das fontes de energia e carbono. Algumas arquéias obtêm energia de compostos inorgânicos, como enxofre ou amônia (são quimiotróficos). Estes incluem nitrificadores, metanógenos e oxidantes de metano anaeróbicos. [126] Nessas reações, um composto passa elétrons para outro (em uma reação redox), liberando energia para alimentar as atividades da célula. Um composto atua como doador de elétrons e o outro como aceitador de elétrons. A energia liberada é utilizada para gerar adenosina trifosfato (ATP) por meio da quimiosmose, mesmo processo básico que ocorre na mitocôndria das células eucarióticas. [127]

            Outros grupos de arquéias usam a luz do sol como fonte de energia (são fototróficos), mas a fotossíntese geradora de oxigênio não ocorre em nenhum desses organismos. [127] Muitas vias metabólicas básicas são compartilhadas entre todas as formas de vida, por exemplo, as arquéias usam uma forma modificada de glicólise (a via de Entner-Doudoroff) e um ciclo completo ou parcial do ácido cítrico. [128] Essas semelhanças com outros organismos provavelmente refletem suas origens na história da vida e seu alto nível de eficiência. [129]

            Tipos nutricionais no metabolismo das arqueas
            Tipo nutricional Fonte de energia Fonte de carbono Exemplos
            Fototróficos Luz solar Compostos orgânicos Halobacterium
            Litotróficos Compostos inorgânicos Compostos orgânicos ou fixação de carbono Ferroglobus, Metanobactéria ou Pyrolobus
            Organotróficos Compostos orgânicos Compostos orgânicos ou fixação de carbono Pyrococcus, Sulfolobus ou Metanossarcinales

            Alguns Euryarchaeota são metanógenos (arquéias que produzem metano como resultado do metabolismo) que vivem em ambientes anaeróbicos, como pântanos. Essa forma de metabolismo evoluiu precocemente e é até possível que o primeiro organismo de vida livre tenha sido um metanógeno. [130] Uma reação comum envolve o uso de dióxido de carbono como um aceitador de elétrons para oxidar o hidrogênio. A metanogênese envolve uma variedade de coenzimas que são exclusivas dessas arquéias, como a coenzima M e o metanofurano. [131] Outros compostos orgânicos, como álcoois, ácido acético ou ácido fórmico são usados ​​como aceitadores de elétrons alternativos por metanógenos. Essas reações são comuns em arquéias que habitam o intestino. O ácido acético também é dividido em metano e dióxido de carbono diretamente, por acetotrófico archaea. Esses acetotróficos são archaea na ordem Methanosarcinales e são a maior parte das comunidades de microrganismos que produzem biogás. [132]

            Outros archaea usam CO
            2 na atmosfera como fonte de carbono, em um processo denominado fixação de carbono (são autótrofos). Este processo envolve uma forma altamente modificada do ciclo de Calvin [134] ou outra via metabólica chamada de ciclo 3-hidroxipropionato / 4-hidroxibutirato. [135] Os Crenarchaeota também usam o ciclo reverso de Krebs, enquanto os Euryarchaeota também usam a via redutiva de acetil-CoA. [136] A fixação de carbono é alimentada por fontes de energia inorgânicas. Nenhuma archaea conhecida realiza fotossíntese [137] (Halobacterium é o único archeon fototrófico conhecido, mas usa um processo alternativo à fotossíntese). As fontes de energia arqueadas são extremamente diversas e variam desde a oxidação da amônia pelos Nitrosopumilales [138] [139] até a oxidação do sulfeto de hidrogênio ou enxofre elementar por espécies de Sulfolobus, usando oxigênio ou íons metálicos como aceitadores de elétrons. [127]

            As arquéias fototróficas usam luz para produzir energia química na forma de ATP. Nas halobactérias, as bombas de íons ativadas por luz, como a bacteriorodopsina e a halorodopsina, geram gradientes de íons ao bombear íons para fora e para dentro da célula através da membrana plasmática. A energia armazenada nesses gradientes eletroquímicos é então convertida em ATP pela ATP sintase. [96] Este processo é uma forma de fotofosforilação. A capacidade dessas bombas movidas pela luz de mover íons através das membranas depende das mudanças causadas pela luz na estrutura de um cofator de retinol enterrado no centro da proteína. [140]

            Archaea geralmente tem um único cromossomo circular, [141] com até 5.751.492 pares de bases em Methanosarcina acetivorans, [142] o maior genoma arquea conhecido. O minúsculo genoma de 490.885 pares de base de Nanoarchaeum equitans tem um décimo deste tamanho e estima-se que o menor genoma arqueado conhecido contenha apenas 537 genes que codificam proteínas. [143] Pequenos pedaços independentes de DNA, chamados plasmídeos, também são encontrados em archaea. Os plasmídeos podem ser transferidos entre as células por contato físico, em um processo que pode ser semelhante à conjugação bacteriana. [144] [145]

            Archaea são geneticamente distintas de bactérias e eucariotos, com até 15% das proteínas codificadas por qualquer genoma de arquea sendo exclusivas para o domínio, embora a maioria desses genes exclusivos não tenham função conhecida. [147] Do restante das proteínas únicas que têm uma função identificada, a maioria pertence à Euryarchaeota e está envolvida na metanogênese. As proteínas compartilhadas por arquéias, bactérias e eucariotos formam um núcleo comum da função celular, relacionado principalmente à transcrição, tradução e metabolismo de nucleotídeos. [148] Outras características arqueadas características são a organização de genes de funções relacionadas - como enzimas que catalisam etapas na mesma via metabólica em novos operons e grandes diferenças em genes de tRNA e suas aminoacil tRNA sintetases. [148]

            A transcrição em archaea assemelha-se mais à transcrição eucariótica do que bacteriana, com a ARN-polimerase de archaeal sendo muito próxima de seu equivalente em eucariotos, [141] enquanto a tradução de archaea mostra sinais de equivalentes bacterianos e eucarióticos. [149] Embora as arquéias tenham apenas um tipo de RNA polimerase, sua estrutura e função na transcrição parecem ser próximas às da RNA polimerase II eucariótica, com conjuntos de proteínas semelhantes (os fatores de transcrição gerais) direcionando a ligação da RNA polimerase a um promotor de gene, [150] mas outros fatores de transcrição arquea estão mais próximos daqueles encontrados em bactérias. [151] A modificação pós-transcricional é mais simples do que em eucariotos, uma vez que a maioria dos genes de arquea não possuem íntrons, embora haja muitos íntrons em seus genes de RNA de transferência e RNA ribossômico, [152] e os íntrons podem ocorrer em alguns genes que codificam proteínas. [153] [154]

            Transferência de genes e troca genética Editar

            Haloferax volcanii, um archaeon halofílico extremo, forma pontes citoplasmáticas entre as células que parecem ser usadas para a transferência de DNA de uma célula para outra em qualquer direção. [155]

            Quando a arquea hipertermofílica Sulfolobus solfataricus [156] e Sulfolobus acidocaldarius [157] são expostos à radiação UV prejudicial ao DNA ou aos agentes bleomicina ou mitomicina C, a agregação celular espécie-específica é induzida. Agregação em S. solfataricus não poderia ser induzida por outros estressores físicos, como pH ou mudança de temperatura, [156] sugerindo que a agregação é induzida especificamente por danos ao DNA. Ajon et al. [157] mostraram que a agregação celular induzida por UV medeia a troca de marcadores cromossômicos com alta frequência em S. acidocaldarius. As taxas de recombinação excederam as de culturas não induzidas em até três ordens de magnitude. Frols et al. [156] [158] e Ajon et al. [157] hipotetizou que a agregação celular aumenta a transferência de DNA espécie-específica entre Sulfolobus células a fim de fornecer maior reparo de DNA danificado por meio de recombinação homóloga. Esta resposta pode ser uma forma primitiva de interação sexual semelhante aos sistemas de transformação bacteriana mais bem estudados que também estão associados com a transferência de DNA espécie-específica entre células levando ao reparo de recombinação homóloga de danos no DNA. [159]

            Vírus Archaeal Editar

            As arquéias são o alvo de vários vírus em uma virosfera diversa, distinta dos vírus bacterianos e eucarióticos. Eles foram organizados em 15-18 famílias baseadas em DNA até agora, mas várias espécies permanecem não isoladas e aguardam classificação. [160] [161] [162] Essas famílias podem ser divididas informalmente em dois grupos: específicas para arquéias e cosmopolita. Os vírus específicos para arqueas têm como alvo apenas espécies arqueanas e atualmente incluem 12 famílias. Numerosas estruturas virais únicas, anteriormente não identificadas, foram observadas neste grupo, incluindo: vírus em formato de garrafa, formato de fuso, formato de espiral e formato de gota. [161] Embora os ciclos reprodutivos e mecanismos genômicos de espécies específicas de arquéias possam ser semelhantes a outros vírus, eles apresentam características únicas que foram desenvolvidas especificamente devido à morfologia das células hospedeiras que infectam. [160] Seus mecanismos de liberação de vírus diferem dos de outros fagos. Os bacteriófagos geralmente sofrem vias líticas, vias lisogênicas ou (raramente) uma mistura das duas. [163] A maioria das cepas virais específicas de archaea mantém uma relação estável, um tanto lisogênica, com seus hospedeiros - aparecendo como uma infecção crônica. Isso envolve a produção e liberação gradual e contínua de vírions sem matar a célula hospedeira. [164] Prangishyili (2013) observou que foi levantada a hipótese de que os fagos de arquea com cauda se originaram de bacteriófagos capazes de infectar espécies haloarchaea. Se a hipótese estiver correta, pode-se concluir que outros vírus de DNA de fita dupla que compõem o resto do grupo específico de arquéias são seu próprio grupo único na comunidade viral global. Krupovic et al. (2018) afirma que os altos níveis de transferência horizontal de genes, as taxas de mutação rápidas em genomas virais e a falta de sequências genéticas universais levaram os pesquisadores a perceber a via evolutiva dos vírus arquea como uma rede. A falta de semelhanças entre os marcadores filogenéticos nesta rede e a virosfera global, bem como ligações externas com elementos não virais, pode sugerir que algumas espécies de vírus específicos para arquéias evoluíram de elementos genéticos móveis não virais (MGE). [161]

            Esses vírus foram estudados detalhadamente em termofílicos, particularmente nas ordens Sulfolobales e Thermoproteales. [165] Dois grupos de vírus de DNA de fita simples que infectam arquéias foram isolados recentemente. Um grupo é exemplificado pelo Vírus pleomórfico Halorubrum 1 (Pleolipoviridae) infectando arquéias halofílicas, [166] e o outro pelo Vírus em forma de bobina de Aeropyrum (Spiraviridae) infectando um hospedeiro hipertermofílico (crescimento ideal a 90–95 ° C). [167] Notavelmente, o último vírus tem o maior genoma ssDNA relatado atualmente. As defesas contra esses vírus podem envolver interferência de RNA de sequências repetitivas de DNA relacionadas aos genes dos vírus. [168] [169]

            As arquéias se reproduzem assexuadamente por fissão binária ou múltipla, fragmentação ou mitose e meiose de brotamento não ocorrem, portanto, se uma espécie de arquea existe em mais de uma forma, todas têm o mesmo material genético. [96] A divisão celular é controlada em um ciclo celular depois que o cromossomo da célula é replicado e os dois cromossomos filhos se separam, a célula se divide. [170] No gênero Sulfolobus, o ciclo tem características semelhantes aos sistemas bacteriano e eucariótico. Os cromossomos se replicam a partir de vários pontos de partida (origens de replicação) usando DNA polimerases que se assemelham às enzimas eucarióticas equivalentes. [171]

            Em Euryarchaeota, a proteína de divisão celular FtsZ, que forma um anel de contração ao redor da célula, e os componentes do septo que são construídos no centro da célula são semelhantes aos seus equivalentes bacterianos. [170] Em cren- [172] [173] e thaumarchaea, [174] a máquina de divisão celular Cdv desempenha um papel semelhante. Esta maquinaria está relacionada à maquinaria ESCRT-III eucariótica que, embora mais conhecida por seu papel na seleção de células, também foi vista como desempenhando um papel na separação entre células divididas, sugerindo um papel ancestral na divisão celular. [175]

            Tanto as bactérias quanto os eucariotos, mas não as arquéias, produzem esporos. [176] Algumas espécies de Haloarchaea sofrem comutação fenotípica e crescem como vários tipos de células diferentes, incluindo estruturas de paredes espessas que são resistentes ao choque osmótico e permitem que as arqueas sobrevivam na água em baixas concentrações de sal, mas essas não são estruturas reprodutivas e podem em vez disso, ajude-os a alcançar novos habitats. [177]

            Edição de Comunicação

            O sensor de quorum foi originalmente pensado para não existir em Archaea, mas estudos recentes mostraram evidências de algumas espécies sendo capazes de realizar conversas cruzadas por meio do sensor de quorum. Outros estudos mostraram interações sintróficas entre arquéias e bactérias durante o crescimento do biofilme. Embora a pesquisa seja limitada no sensor de quorum de archaeal, alguns estudos descobriram proteínas LuxR em espécies de archaeal, exibindo semelhanças com as bactérias LuxR e, finalmente, permitindo a detecção de pequenas moléculas que são usadas na comunicação de alta densidade. Da mesma forma que as bactérias, os solos de Archaea LuxR demonstraram se ligar a ligantes AHLs (lactonas) e não-AHLs, o que é uma grande parte na realização de comunicação intraespécie, interespécie e inter-reinos por meio de quorum sensing. [178]

            Editar Habitats

            As arquéias existem em uma ampla gama de habitats e agora são reconhecidas como uma parte importante dos ecossistemas globais, [17] e podem representar cerca de 20% das células microbianas nos oceanos. [179] No entanto, os primeiros arqueanos descobertos eram extremófilos. [126] De fato, algumas arquéias sobrevivem a altas temperaturas, geralmente acima de 100 ° C (212 ° F), como encontradas em gêiseres, fumaça preta e poços de petróleo. Outros habitats comuns incluem habitats muito frios e água altamente salina, ácida ou alcalina, mas as arquéias incluem mesófilos que crescem em condições moderadas, em pântanos e pântanos, esgoto, oceanos, trato intestinal de animais e solos. [17]

            Arquéias extremófilas são membros de quatro grupos fisiológicos principais. Estes são os halófilos, termófilos, alcalifílicos e acidófilos. [180] Esses grupos não são abrangentes ou específicos do filo, nem são mutuamente exclusivos, uma vez que algumas arquéias pertencem a vários grupos. No entanto, eles são um ponto de partida útil para a classificação. [181]

            Halófilos, incluindo o gênero Halobacterium, vivem em ambientes extremamente salinos, como lagos salgados, e superam suas contrapartes bacterianas em salinidades superiores a 20–25%. [126] Os termófilos crescem melhor em temperaturas acima de 45 ° C (113 ° F), em lugares como fontes termais hipertermofílico archaea crescem otimamente em temperaturas superiores a 80 ° C (176 ° F). [182] O archaeal Methanopyrus kandleri A cepa 116 pode até se reproduzir a 122 ° C (252 ° F), a temperatura mais alta registrada de qualquer organismo. [183]

            Outras arquéias existem em condições muito ácidas ou alcalinas. [180] Por exemplo, um dos acidófilos arqueanos mais extremos é Picrophilus torridus, que cresce a pH 0, que é equivalente a prosperar em ácido sulfúrico 1,2 molar. [184]

            Essa resistência a ambientes extremos fez das archaea o foco de especulação sobre as possíveis propriedades da vida extraterrestre. [185] Alguns habitats extremófilos não são diferentes daqueles em Marte, [186] levando à sugestão de que micróbios viáveis ​​poderiam ser transferidos entre planetas em meteoritos. [187]

            Recentemente, vários estudos mostraram que as arquéias existem não apenas em ambientes mesofílicos e termofílicos, mas também estão presentes, às vezes em grande número, em baixas temperaturas. Por exemplo, archaea são comuns em ambientes oceânicos frios, como mares polares. [188] Ainda mais significativo é o grande número de arquéias encontradas nos oceanos do mundo em habitats não extremos entre a comunidade de plâncton (como parte do picoplâncton). [189] Embora essas arquéias possam estar presentes em números extremamente elevados (até 40% da biomassa microbiana), quase nenhuma dessas espécies foi isolada e estudada em cultura pura. [190] Consequentemente, nossa compreensão do papel das arquéias na ecologia dos oceanos é rudimentar, de modo que sua influência total nos ciclos biogeoquímicos globais permanece amplamente inexplorada. [191] Algumas Crenarchaeota marinhas são capazes de nitrificação, sugerindo que esses organismos podem afetar o ciclo do nitrogênio oceânico, [138] embora essas Crenarchaeota oceânicas também possam usar outras fontes de energia. [192]

            Um grande número de arquéias também é encontrado nos sedimentos que cobrem o fundo do mar, com esses organismos constituindo a maioria das células vivas em profundidades superiores a 1 metro abaixo do fundo do oceano. [193] [194] Foi demonstrado que em todos os sedimentos da superfície oceânica (de 1000 a 10.000 m de profundidade de água), o impacto da infecção viral é maior nas arquéias do que nas bactérias e a lise das arquéias induzida por vírus é responsável por a um terço da biomassa microbiana total morta, resultando na liberação de

            0,3 a 0,5 gigatoneladas de carbono por ano em todo o mundo. [195]

            Função no ciclo químico Editar

            As Archaea reciclam elementos como carbono, nitrogênio e enxofre em seus vários habitats. [196] Archaea realiza muitas etapas no ciclo do nitrogênio. Isso inclui as reações que removem o nitrogênio dos ecossistemas (como a respiração baseada em nitrato e a desnitrificação), bem como os processos que introduzem o nitrogênio (como a assimilação do nitrato e a fixação do nitrogênio). [197] [198] Pesquisadores descobriram recentemente o envolvimento de arqueas nas reações de oxidação da amônia. Essas reações são particularmente importantes nos oceanos. [139] [199] As arquéias também parecem cruciais para a oxidação da amônia nos solos. Eles produzem nitrito, que outros micróbios oxidam em nitrato. Plantas e outros organismos consomem este último. [200]

            No ciclo do enxofre, as arquéias que crescem por meio da oxidação de compostos de enxofre liberam esse elemento das rochas, tornando-o disponível para outros organismos, mas as arquéias que fazem isso, como Sulfolobus, produzem ácido sulfúrico como um produto residual, e o crescimento desses organismos em minas abandonadas pode contribuir para a drenagem ácida de minas e outros danos ambientais. [201]

            No ciclo do carbono, as arquéias metanogênicas removem o hidrogênio e desempenham um papel importante na decomposição da matéria orgânica pelas populações de microrganismos que atuam como decompositores em ecossistemas anaeróbios, como sedimentos, pântanos e obras de tratamento de esgoto. [202]

            Interações com outros organismos Editar

            As interações bem caracterizadas entre archaea e outros organismos são mútuas ou comensais. Não há exemplos claros de patógenos ou parasitas arqueados conhecidos, [203] [204] mas foi sugerido que algumas espécies de metanógenos estão envolvidas em infecções na boca, [205] [206] e Nanoarchaeum equitans pode ser um parasita de outra espécie de archaea, uma vez que só sobrevive e se reproduz dentro das células do Crenarchaeon. Ignicoccus hospitalis, [143] e parece não oferecer nenhum benefício ao seu hospedeiro. [207]

            Edição de Mutualismo

            Um exemplo bem conhecido de mutualismo é a interação entre protozoários e arquéias metanogênicas no trato digestivo de animais que digerem celulose, como ruminantes e cupins. [208] Nesses ambientes anaeróbicos, os protozoários decompõem a celulose vegetal para obter energia. Este processo libera hidrogênio como um produto residual, mas altos níveis de hidrogênio reduzem a produção de energia. Quando os metanógenos convertem hidrogênio em metano, os protozoários se beneficiam de mais energia. [209]

            Em protozoários anaeróbicos, como Plagiopyla frontata, as archaea residem no interior dos protozoários e consomem o hidrogênio produzido em seus hidrogenossomos. [210] [211] Archaea também se associam a organismos maiores. Por exemplo, o arcaico marinho Cenarchaeum symbiosum vive dentro (é um endossimbionte) da esponja Axinella mexicana. [212]

            Comensalismo Editar

            Archaea também pode ser comensal, se beneficiando de uma associação sem ajudar ou prejudicar o outro organismo. Por exemplo, o metanogênio Methanobrevibacter smithii é de longe o arqueano mais comum na flora humana, constituindo cerca de um em cada dez de todos os procariontes do intestino humano. [213] Em cupins e em humanos, esses metanógenos podem na verdade ser mutualistas, interagindo com outros micróbios no intestino para ajudar na digestão. [214] As comunidades arqueanas também se associam com uma variedade de outros organismos, como na superfície dos corais, [215] e na região do solo que circunda as raízes das plantas (a rizosfera). [216] [217]

            Arquéias extremófilas, particularmente aquelas resistentes ao calor ou a extremos de acidez e alcalinidade, são uma fonte de enzimas que funcionam sob essas condições adversas. [218] [219] Essas enzimas encontraram muitos usos. Por exemplo, DNA polimerases termoestáveis, como a Pfu DNA polimerase de Pyrococcus furiosus, revolucionou a biologia molecular ao permitir que a reação em cadeia da polimerase fosse usada em pesquisas como uma técnica simples e rápida de clonagem de DNA. Na indústria, amilases, galactosidases e pululanases em outras espécies de Pyrococcus essa função a mais de 100 ° C (212 ° F) permite o processamento de alimentos em altas temperaturas, como a produção de leite com baixo teor de lactose e soro de leite. [220] Enzimas dessas arquéias termofílicas também tendem a ser muito estáveis ​​em solventes orgânicos, permitindo seu uso em processos ecologicamente corretos em química verde que sintetizam compostos orgânicos. [219] Essa estabilidade os torna mais fáceis de usar em biologia estrutural. Consequentemente, as contrapartes de enzimas bacterianas ou eucarióticas de arqueas extremófilas são frequentemente usadas em estudos estruturais. [221]

            Em contraste com a gama de aplicações de enzimas arqueanas, o uso dos próprios organismos em biotecnologia é menos desenvolvido. As arquéias metanogênicas são parte vital do tratamento de esgoto, pois fazem parte da comunidade de microrganismos que realizam a digestão anaeróbia e produzem biogás. [222] No processamento mineral, as arquéias acidofílicas apresentam promessa para a extração de metais de minérios, incluindo ouro, cobalto e cobre. [223]

            Archaea hospeda uma nova classe de antibióticos potencialmente úteis. Algumas dessas arqueocinas foram caracterizadas, mas acredita-se que outras centenas existam, especialmente dentro Haloarchaea e Sulfolobus. Esses compostos diferem na estrutura dos antibióticos bacterianos, portanto, podem ter novos modos de ação. Além disso, eles podem permitir a criação de novos marcadores selecionáveis ​​para uso em biologia molecular de arquea. [224]


            Principais diferenças

            Membrana de plasma

            Existem várias características da membrana plasmática que são exclusivas para Archaea, separando-os de outros domínios. Uma dessas características é a quiralidade da ligação de glicerol entre a cabeça fosfolipídica e a cadeia lateral. Em archaea está no Forma L-isomérica, enquanto bactérias e eucariotos têm o Forma D-isomérica. Uma segunda diferença é a presença de um ligação de éter entre o glicerol e a cadeia lateral, em oposição ao lipídios ligados a éster encontrado em bactérias e eucariotos. A ligação éter fornece mais estabilidade química à membrana. Uma terceira e quarta diferenças estão associadas às próprias cadeias laterais, ácidos graxos não ramificados em bactérias e eucariotos, enquanto cadeias isoprenóides são encontrados em archaea. Essas cadeias de isoprenóides podem ter cadeias laterais ramificadas.

            Comparação de lipídios da membrana plasmática entre bactérias e arquéias. OpenStax, Structure of Prokaryotes. OpenStax CNX. 28 de março de 2014 http://cnx.org/contents/[email protected]

            Por último, a membrana plasmática de Archaea pode ser encontrada como monocamadas, onde as cadeias de isopreno de um fosfolipídeo se conectam com as cadeias de isopreno de um fosfolipídeo no lado oposto da membrana. Bactérias e eucariotos têm apenas bicamadas lipídicas, onde os dois lados da membrana permanecem separados.

            Parede Celular

            Como as bactérias, a parede da célula arquea é uma estrutura semirrígida projetada para fornecer proteção à célula do ambiente e da pressão celular interna. Embora as paredes celulares das bactérias normalmente contenham peptidoglicano, esse produto químico específico está ausente nas arquéias. Em vez disso, as archaea exibem uma ampla variedade de tipos de parede celular, adaptados ao ambiente do organismo. Algumas archaea não têm parede celular.

            Embora não seja universal, um grande número de Archaea tem uma proteína Assassino que é considerada parte da própria parede celular (ao contrário das bactérias, onde uma camada S é uma estrutura adicional à parede celular). Para algumas Archaea, a camada S é o único componente da parede celular, enquanto em outras é unida por ingredientes adicionais (veja abaixo). A camada S de arquea pode ser feita de proteína ou glicoproteína, frequentemente ancorada na membrana plasmática da célula. As proteínas formam uma matriz cristalina bidimensional com uma superfície externa lisa. Algumas camadas S são compostas por duas proteínas de camada S diferentes.

            Embora as arqueas não tenham peptidoglicano, algumas contêm uma substância com estrutura química semelhante, conhecida como pseudomureína. Em vez de NAM, ele contém Ácido N-acetilalosaminurônico (NAT) ligado a NAG, com inter-pontes de peptídeos para aumentar a força.

            Metanocondroitina é um polímero de parede celular encontrado em algumas células de arquea, semelhante em composição ao componente do tecido conjuntivo condroitina, encontrado em vertebrados.

            Algumas arquéias têm um bainha de proteína composto por uma estrutura de rede semelhante a uma camada S. Essas células são freqüentemente encontradas em cadeias filamentosas, no entanto, e a bainha da proteína envolve toda a cadeia, ao contrário das células individuais.

            Diversidade estrutural da parede celular.

            Ribossomos

            Embora as archaea tenham ribossomos de 70 S em tamanho, o mesmo que as bactérias, foram as diferenças de nucleotídeos do rRNA que forneceram aos cientistas evidências conclusivas para argumentar que as archaea mereciam um domínio separado das bactérias. Além disso, os ribossomos das arquéias têm um formato diferente dos ribossomos bacterianos, com proteínas exclusivas das arquéias. Isso lhes confere resistência a antibióticos que inibem a função ribossômica em bactérias.


            Biologia 171

            Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

            • Descreva a estrutura básica de um procarioto típico
            • Descreva diferenças importantes na estrutura entre Archaea e Bacteria

            Existem muitas diferenças entre células procarióticas e eucarióticas. O nome & # 8220prokaryote & # 8221 sugere que procariontes são definidos por exclusão - eles não são eucariotos, ou organismos cujas células contêm um núcleo e outras organelas ligadas à membrana interna.No entanto, todas as células têm quatro estruturas comuns: a membrana plasmática, que funciona como uma barreira para a célula e separa a célula de seu ambiente, o citoplasma, uma solução complexa de moléculas orgânicas e sais dentro da célula, um genoma de DNA de fita dupla, o arquivo informativo da célula e dos ribossomos, onde ocorre a síntese de proteínas. Os procariontes têm várias formas, mas muitos se enquadram em três categorias: cocos (esférico), bacilos (em forma de haste), e spirilli (em forma de espiral) ((Figura)).


            A célula procariótica

            Lembre-se de que procariotos são organismos unicelulares que não possuem organelas ligadas à membrana ou outras estruturas ligadas à membrana interna ((Figura)). Seu cromossomo - geralmente único - consiste em um pedaço de DNA circular de fita dupla localizado em uma área da célula chamada nucleóide. A maioria dos procariotos possui uma parede celular fora da membrana plasmática. A parede celular funciona como uma camada protetora e é responsável pela forma do organismo. Algumas espécies de bactérias possuem uma cápsula fora da parede celular. A cápsula permite que o organismo se fixe às superfícies, protege-o da desidratação e do ataque das células fagocíticas e torna os patógenos mais resistentes às nossas respostas imunológicas. Algumas espécies também possuem flagelos (singular, flagelo) usados ​​para locomoção e pili (singular, pilus) usados ​​para fixação em superfícies, incluindo as superfícies de outras células. Os plasmídeos, que consistem em DNA extra-cromossômico, também estão presentes em muitas espécies de bactérias e arquéias.


            Lembre-se de que os procariontes são divididos em dois domínios diferentes, Bactérias e Archaea, que, juntamente com os Eukarya, compreendem os três domínios da vida ((Figura)).


            As características dos filos bacterianos são descritas em (Figura) e (Figura). Os principais filos bacterianos incluem as Proteobacteria, as Chlamydias, as Spirochaetes, as Cianobactérias fotossintéticas e as bactérias Gram-positivas. As Proteobactérias, por sua vez, são subdivididas em várias classes, desde a proteobactéria Alfa até a Epsilon. Acredita-se que as mitocôndrias eucarióticas sejam descendentes de alfaproteobactérias, enquanto os cloroplastos eucarióticos são derivados de cianobactérias. Os filos arquea são descritos na (Figura).




            A membrana de plasma de procariontes

            A membrana plasmática procariótica é uma bicamada lipídica fina (6 a 8 nanômetros) que envolve completamente a célula e separa o interior do exterior. Sua natureza seletivamente permeável mantém íons, proteínas e outras moléculas dentro da célula e impede que eles se difundam no ambiente extracelular, enquanto outras moléculas podem se mover através da membrana. Lembre-se de que a estrutura geral de uma membrana celular é uma bicamada fosfolipídica composta de duas camadas de moléculas lipídicas. Em membranas celulares arqueadas, cadeias de isopreno (fitanil) ligado ao glicerol substitui os ácidos graxos ligados ao glicerol nas membranas bacterianas. Algumas membranas arqueadas são monocamadas de lipídios em vez de bicamadas ((Figura)).


            A parede celular dos procariontes

            O citoplasma das células procarióticas tem uma alta concentração de solutos dissolvidos. Portanto, a pressão osmótica dentro da célula é relativamente alta. A parede celular é uma camada protetora que envolve algumas células e lhes dá forma e rigidez. Ele está localizado fora da membrana celular e impede lise osmótica (estourando devido ao aumento do volume). A composição química da parede celular varia entre Archaea e Bacteria, e também varia entre as espécies bacterianas.

            As paredes das células bacterianas contêm peptidoglicano, composto de cadeias de polissacarídeos que são reticuladas por peptídeos incomuns contendo aminoácidos L e D, incluindo ácido D-glutâmico e D-alanina. (As proteínas normalmente têm apenas L-aminoácidos como consequência, muitos de nossos antibióticos atuam imitando D-aminoácidos e, portanto, têm efeitos específicos no desenvolvimento da parede celular bacteriana.) Existem mais de 100 formas diferentes de peptidoglicano. Proteínas da camada S (camada superficial) também estão presentes na parte externa das paredes celulares de Archaea e Bacteria.

            As bactérias são divididas em dois grupos principais: Gram positivo e Gram negativo , com base em sua reação à coloração de Gram. Observe que todas as bactérias Gram-positivas pertencem a um filo de bactérias nos outros filos (Proteobacteria, Chlamydias, Spirochetes, Cyanobacteria e outras) são Gram-negativas. O método de coloração de Gram recebeu o nome de seu inventor, o cientista dinamarquês Hans Christian Gram (1853–1938). As diferentes respostas bacterianas ao procedimento de coloração são, em última análise, devido à estrutura da parede celular. Organismos Gram-positivos normalmente não têm a membrana externa encontrada em organismos Gram-negativos ((Figura)). Até 90 por cento da parede celular em bactérias Gram-positivas é composta de peptidoglicano, e a maior parte do resto é composta de substâncias ácidas chamadas ácidos teicóicos. Os ácidos teicóicos podem ser covalentemente ligados a lipídios na membrana plasmática para formar ácidos lipoteicóicos. Os ácidos lipoteicóicos ancoram a parede celular à membrana celular. As bactérias Gram-negativas têm uma parede celular relativamente fina composta por algumas camadas de peptidoglicano (apenas 10 por cento da parede celular total), circundada por um envelope externo contendo lipopolissacarídeos (LPS) e lipoproteínas. Este envelope externo é algumas vezes referido como uma segunda bicamada lipídica. A química desse envelope externo é muito diferente, entretanto, daquela da bicamada lipídica típica que forma as membranas plasmáticas.


            Qual das seguintes afirmações é verdadeira?

            1. As bactérias Gram-positivas possuem uma única parede celular ancorada à membrana celular pelo ácido lipoteicóico.
            2. As porinas permitem a entrada de substâncias em bactérias Gram-positivas e Gram-negativas.
            3. A parede celular das bactérias Gram-negativas é espessa e a parede celular das bactérias Gram-positivas é fina.
            4. As bactérias Gram-negativas têm uma parede celular feita de peptidoglicano, enquanto as bactérias Gram-positivas têm uma parede celular feita de ácido lipoteicóico.

            As paredes celulares arqueanas não têm peptidoglicano. Existem quatro tipos diferentes de paredes celulares arqueanas. Um tipo é composto de pseudopeptidoglicano, que é semelhante ao peptidoglicano na morfologia, mas contém açúcares diferentes na cadeia polissacarídica. Os outros três tipos de parede celular são compostos de polissacarídeos, glicoproteínas ou proteína pura. Outras diferenças entre Bacteria e Archaea são vistas na (Figura). Observe que as características relacionadas à replicação, transcrição e tradução do DNA em Archaea são semelhantes às observadas em eucariotos.

            Diferenças e semelhanças entre bactérias e arquéias
            Característica Estrutural Bactérias Archaea
            Tipo de célula Procariota Procariota
            Morfologia celular Variável Variável
            Parede celular Contém peptidoglicano Não contém peptidoglicano
            Tipo de membrana celular Bicamada lipídica Bicamada lipídica ou monocamada lipídica
            Lípidos da membrana plasmática Ácidos graxos-éster de glicerol Éteres fitanilgliceróis
            Cromossoma Normalmente circular Normalmente circular
            Origens de replicação Solteiro Múltiplo
            RNA polimerase Solteiro Múltiplo
            TRNA iniciador Formil-metionina Metionina
            Inibição de estreptomicina Confidencial Resistente
            Ciclo de Calvin sim Não

            Reprodução

            A reprodução em procariontes é assexual e geralmente ocorre por fissão binária. (Lembre-se de que o DNA de um procarioto é um único cromossomo circular.) Em vez disso, procariotos não sofrem mitose, o cromossomo é replicado e as duas cópias resultantes separam-se uma da outra, devido ao crescimento da célula. O procarioto, agora aumentado, é comprimido para dentro em seu equador e as duas células resultantes, que são clones, separado. A fissão binária não oferece uma oportunidade para recombinação genética ou diversidade genética, mas procariotos podem compartilhar genes por três outros mecanismos.

            Na transformação, o procarioto absorve o DNA liberado por outros procariotos em seu ambiente. Se uma bactéria não patogênica pega DNA para um gene de toxina de um patógeno e incorpora o novo DNA em seu próprio cromossomo, ela também pode se tornar patogênica. Na transdução, os bacteriófagos, os vírus que infectam as bactérias, podem mover pequenos pedaços de DNA cromossômico de uma bactéria para outra. A transdução resulta em um organismo recombinante. Archaea também possui vírus que podem translocar material genético de um indivíduo para outro. Na conjugação, o DNA é transferido de um procarioto para outro por meio de um pilus, que coloca os organismos em contato uns com os outros e fornece um canal para a transferência de DNA. O DNA transferido pode estar na forma de um plasmídeo ou como uma molécula composta, contendo tanto DNA plasmídeo quanto cromossômico. Esses três processos de troca de DNA são mostrados na (Figura).

            A reprodução pode ser muito rápida: alguns minutos para algumas espécies. Esse curto tempo de geração, aliado a mecanismos de recombinação genética e altas taxas de mutação, resultam na rápida evolução dos procariotos, permitindo-lhes responder às mudanças ambientais (como a introdução de um antibiótico) muito rapidamente.


            A evolução dos procariontes Como os cientistas respondem às perguntas sobre a evolução dos procariontes? Ao contrário dos animais, os artefatos no registro fóssil de procariontes oferecem muito poucas informações. Fósseis de procariontes antigos parecem pequenas bolhas na rocha. Alguns cientistas recorrem à genética e ao princípio do relógio molecular, segundo o qual quanto mais recentemente duas espécies divergiram, mais semelhantes serão seus genes (e, portanto, as proteínas). Por outro lado, as espécies que divergiram há muito tempo terão mais genes diferentes.

            Cientistas do Instituto de Astrobiologia da NASA e do Laboratório Europeu de Biologia Molecular colaboraram para analisar a evolução molecular de 32 proteínas específicas comuns a 72 espécies de procariotos. 1 O modelo que eles derivaram de seus dados indica que três grupos importantes de bactérias - Actinobacteria, Deinococcuse cianobactérias (chamadas coletivamente Terrabacteria pelos autores) - foram os primeiros a colonizar terras. Actinobactérias são um grupo de bactérias Gram-positivas muito comuns que produzem estruturas ramificadas como micélios fúngicos e incluem espécies importantes na decomposição de resíduos orgânicos. Você vai se lembrar disso Deinococcus é um gênero de bactéria altamente resistente à radiação ionizante. Possui uma espessa camada de peptidoglicano, além de uma segunda membrana externa, portanto, possui características de bactérias Gram-positivas e Gram-negativas.

            As cianobactérias são fotossintetizantes e provavelmente foram responsáveis ​​pela produção de oxigênio na Terra antiga. Os cronogramas de divergência sugerem que as bactérias (membros do domínio Bacteria) divergiram das espécies ancestrais comuns entre 2,5 e 3,2 bilhões de anos atrás, enquanto as Archaea divergiram antes: entre 3,1 e 4,1 bilhões de anos atrás. Eukarya mais tarde divergiu da linha arqueana. O trabalho sugere ainda que estromatólitos que se formaram antes do advento das cianobactérias (cerca de 2,6 bilhões de anos atrás) fotossintetizaram em um ambiente anóxico e que devido às modificações das Terrabacteria para a terra (resistência à secagem e posse de compostos que protegem o organismo do excesso de luz), a fotossíntese usando oxigênio pode estar intimamente ligada a adaptações para sobreviver na terra.

            Resumo da Seção

            Os procariontes (domínios Archaea e Bacteria) são organismos unicelulares sem núcleo. Eles têm um único pedaço de DNA circular na área do nucleóide da célula. A maioria dos procariotos tem uma parede celular que fica fora dos limites da membrana plasmática. Alguns procariotos podem ter estruturas adicionais, como cápsula, flagelo e pili. Bactérias e Archaea diferem na composição lipídica de suas membranas celulares e nas características da parede celular. Em membranas arqueadas, unidades fitanil, ao invés de ácidos graxos, estão ligadas ao glicerol. Algumas membranas arqueadas são monocamadas lipídicas em vez de bicamadas.

            A parede celular está localizada fora da membrana celular e evita a lise osmótica. A composição química das paredes celulares varia entre as espécies. As paredes das células bacterianas contêm peptidoglicano. As paredes celulares arqueanas não têm peptidoglicano, mas podem ter pseudopeptidoglicanos, polissacarídeos, glicoproteínas ou paredes celulares baseadas em proteínas. As bactérias podem ser divididas em dois grupos principais: Gram positivas e Gram negativas, com base na reação à coloração de Gram. Os organismos Gram-positivos possuem uma espessa camada de peptidoglicano fortificada com ácidos teicóicos. Os organismos Gram-negativos têm uma parede celular fina e um envelope externo contendo lipopolissacarídeos e lipoproteínas.

            Os procariotos podem transferir DNA de uma célula para outra por três mecanismos: transformação (absorção de DNA ambiental), transdução (transferência de DNA genômico por meio de vírus) e conjugação (transferência de DNA por contato direto da célula).


            Reprodução Procariótica

            Os procariotos se reproduzem assexuadamente por fissão binária; eles também podem trocar material genético por transformação, transdução e conjugação.

            Objetivos de aprendizado

            Distinguir entre os tipos de reprodução em procariontes

            Principais vantagens

            Pontos chave

            • A fissão binária é um tipo de reprodução em que o cromossomo é replicado e o procarioto resultante é uma cópia exata do procarioto parental, não deixando oportunidade para diversidade genética.
            • A transformação é um tipo de reprodução procariótica na qual um procarioto pode absorver DNA encontrado no ambiente que se originou de outros procariotos.
            • A transdução é um tipo de reprodução procariótica em que um procariota é infectado por um vírus que injeta pequenos pedaços de DNA cromossômico de uma bactéria para outra.
            • Conjugação é um tipo de reprodução procariótica em que o DNA é transferido entre procariotos por meio de um pilus.

            Termos chave

            • transformação: a alteração de uma célula bacteriana causada pela transferência de DNA de outra, principalmente se patogênica
            • transdução: mecanismo de transferência horizontal de genes em procariotos, onde os genes são transferidos usando um vírus
            • fissão binária: o processo pelo qual uma célula se divide assexuadamente para produzir duas células-filhas
            • conjugação: a fusão temporária de organismos, especialmente como parte da reprodução sexual
            • pilus: um apêndice em forma de cabelo encontrado na superfície celular de muitas bactérias

            Reprodução

            A reprodução em procariontes é assexuada e geralmente ocorre por fissão binária. O DNA de um procarioto existe como um único cromossomo circular. Os procariontes não sofrem mitose; em vez disso, o cromossomo é replicado e as duas cópias resultantes separam-se uma da outra, devido ao crescimento da célula. O procarioto, agora aumentado, é comprimido para dentro em seu equador e as duas células resultantes, que são clones, se separam. A fissão binária não oferece uma oportunidade para recombinação genética ou diversidade genética, mas procariotos podem compartilhar genes por três outros mecanismos.

            Modos de reprodução procarionte: Além da fissão binária, existem três outros mecanismos pelos quais procariotos podem trocar DNA. Na transformação (a), a célula capta DNA procariótico diretamente do meio ambiente. O DNA pode permanecer separado como DNA de plasmídeo ou ser incorporado no genoma do hospedeiro. Na transdução (b), um bacteriófago injeta DNA na célula que contém um pequeno fragmento de DNA de um procarioto diferente. Na conjugação (c), o DNA é transferido de uma célula para outra por meio de uma ponte de acasalamento que conecta as duas células depois que o pilus atrai as duas bactérias para perto o suficiente para formar a ponte.

            Na transformação, o procarioto recebe DNA encontrado em seu ambiente, que é eliminado por outros procariotos. Se uma bactéria não patogênica pega DNA para um gene de toxina de um patógeno e incorpora o novo DNA em seu próprio cromossomo, ela também pode se tornar patogênica. Na transdução, os bacteriófagos, os vírus que infectam as bactérias, às vezes também movem pequenos pedaços de DNA cromossômico de uma bactéria para outra. A transdução resulta em um organismo recombinante. As arquéias não são afetadas por bacteriófagos, mas possuem seus próprios vírus que translocam o material genético de um indivíduo para outro. Na conjugação, o DNA é transferido de um procarioto para outro por meio de um pilus, que coloca os organismos em contato uns com os outros. O DNA transferido pode estar na forma de um plasmídeo ou como um híbrido, contendo plasmídeo e DNA cromossômico.

            A reprodução pode ser muito rápida: alguns minutos para algumas espécies. Esse curto tempo de geração, aliado a mecanismos de recombinação genética e altas taxas de mutação, resulta na rápida evolução dos procariotos, permitindo-lhes responder às mudanças ambientais (como a introdução de um antibiótico) muito rapidamente.


            Archaea tem organelas ligadas à membrana? - Biologia

            Capítulo 3, Células: unidades de vida e Capítulo 5, A energia da vida pg. 89-97

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            Você também pode fazer perguntas e ver as respostas às perguntas dos seus colegas no Moodle no fórum "Talk to Ed".

            Objetivos.

            O conteúdo da palestra de hoje o ajudará a responder às perguntas 1 e 2 nesta tarefa:

            Depois de estudar este material, você deverá ser capaz de:

            Explique como uma única célula atende aos critérios básicos que diferenciam os organismos vivos de objetos inanimados ou reações químicas.

            Desenhe esboços de células procarióticas e eucarióticas (vegetais e animais), apontando as características distintivas de cada um desses tipos de células.

            Descreva a estrutura básica das membranas nas células que você desenhou e descreva os papéis dessas membranas na determinação da organização e funções das células e suas organelas.

            Inclua o seguinte em sua descrição:

            bicamada fosfolipídica proteínas de transporte proteínas receptoras moléculas de açúcar
            difusão osmose difusão facilitada transporte Ativo

            Descreva o papel de cada organela celular e sistema de membrana envolvido na produção e secreção de leite de uma célula da glândula mamária. (Leia a seção de texto "Organelas interagem com substâncias secretas" começando na página 62 (Capítulo 3 do texto Hoefnagels). Compreenda as relações entre as organelas ilustradas nas figuras 3.15, página 62)

            Inclua o seguinte em sua descrição:

            Ao estudar a unidade nas células, você pode descobrir como os sistemas de membrana celular, organelas e outros componentes no lado direito da tabela abaixo estão envolvidos na manutenção das características dos organismos vivos no lado esquerdo do tabela? (Objetivo da aula nº 1)

            As coisas vivas devem manter uma constância interna
            -homeostase: a capacidade de manter a constância química (ou seja, permanecer o mesmo)

            Coisas vivas reagem às mudanças ambientais (ou seja, seus arredores)

            Os seres vivos se reproduzem, crescem e se desenvolvem

            Por que devemos estudar células?

            As células são as estruturas básicas de quase todas as coisas vivas, incluindo nós. Existem talvez 50 a 100 trilhões deles em cada um de nossos corpos.

            As células realizam toda a atividade química que ocorre nos corpos de todos os tipos de organismos.

            Eles processam energia, digerem nossa comida, capturam CO2, liberam CO2, liberam calor

            Quando as células ficam "fora de controle", ficamos doentes.

            As células-tronco podem um dia nos ajudar a nos recuperar de doenças ou lesões hereditárias e de outros tipos.

            Stem Cell Semantics. Relatórios de Ricki Lewis (PDF). (um artigo de Ricki Lewis, o ex-autor de seu texto.

            Recursos da Web de Biologia Celular

            The Inner Life of the Cell Assista a uma animação de cair o queixo do interior de um glóbulo branco humano lutando contra uma infecção.

            Selecione "Todas as mídias" no menu à esquerda.

            Em seguida, selecione um dos três primeiros links "Inner Life: View the Animation", dependendo da velocidade de sua conexão com a Internet, e

            Assista David Bolinski falando sobre Verdade e Beleza e a produção da animação "Inner Life".

            Cells Alive ótimas fotos e filmes

            Células como a "Unidade Básica da Vida"

            As células são comuns a todos os organismos, desde bactérias a fungos, plantas e animais.

            As células foram "descobertas" como a unidade básica dos organismos vivos no século XIX.

            As primeiras observações das células levaram à distinção de dois tipos principais de células:

            Procariotos - células sem núcleos ligados à membrana ou outras organelas celulares.

            Eukarya - células com núcleos "verdadeiros" e organelas ligadas à membrana

            Plantas, Algas, Fungos, Animais, você e eu

            Um terceiro tipo de célula - característica de outro domínio da vida foi descoberto por Carl Woese na Universidade de Illinois. O Dr. Woese ganhou o Prêmio Crafoord por seu trabalho em 2003.

            Archaea - células semelhantes às bactérias por não possuírem núcleos ligados à membrana ou outras organelas celulares, MAS diferem geneticamente e em outras características estruturais. Muitos Archaea foram encontrados em ambientes extremos (temperatura, pressão, salinidade).

            Acredita-se que arqueas, bactérias e células eucarióticas tenham evoluído de algum ancestral comum

            Células procarióticas

            Pro = antes, karyon = kernal (como os núcleos pareciam para aqueles que os viram pela primeira vez através de um microscópio)

            Células SEM NÚCLEOS ORGANIZADOS delimitados por uma membrana nuclear OU QUAISQUER OUTRAS ORGANELAS LIMITADAS À MEMBRANA

            Nenhuma organela ligada à membrana dentro da célula bacteriana

            Nucleóide - o principal conteúdo genético da célula

            Os plasmídeos são pequenos pedaços circulares de DNA separados do DNA do nucleóide. (Texto pág. 373, fig. 18.3)

            Teste seus conhecimentos sobre a estrutura procarionte.

            Células eucarióticas

            Eu = verdadeiro, karyon = kernel (núcleo)

            Células COM NÚCLEOS ORGANIZADOS delimitados por uma membrana nuclear E OUTRAS ORGANELAS LIMITADAS À MEMBRANA.

            Plantas e animais TÊM CÉLULAS EUCARIÓTICAS

            Mitocôndria e cloroplastos mais tarde

            Fungos, algas e a maioria dos outros tipos de organismos, exceto bactérias e arquéias

            Todos têm uma membrana celular (plasma)

            Estrutura e função da membrana

            Membranas são seletivamente permeável estruturas que regulam o movimento das moléculas para dentro e para fora da célula (bactérias, arquéias e eucariotos) e para dentro e para fora dos compartimentos dentro da célula eucarionte.

            A estrutura básica é um bicamada fosfolipídica. As moléculas de fosfolipídios se alinham para formar membranas porque parte da molécula é hidrofílica (a extremidade do fosfato) e outra parte é hidrofóbica (a cadeia do ácido graxo). (Texto pág. 54, fig. 3.5)

            A bicamada Fosfolipídica é uma estrutura fluida em constante movimento. As proteínas e outros materiais embutidos nele são livres para se movimentar.

            Proteínas receptoras: recebem e transmitem mensagens químicas para que as células possam responder às mudanças em seu ambiente.

            As células respondem aos hormônios produzidos em seu corpo quando as moléculas de hormônio se ligam a proteínas receptoras específicas nas membranas celulares. (Insulina, hormônio do crescimento, hormônios sexuais, hormônios da tireóide, etc.)

            Os anti-histamínicos bloqueiam as proteínas receptoras que normalmente ligam as histiminas produzidas quando você tem uma reação alérgica a algo em seu ambiente. (Link de wikipedia.org)

            Proteínas de superfície celular: importantes para o reconhecimento de si mesmo (em animais). Seu tipo de sangue e tipo de tecido são determinados pelas proteínas na superfície das células. É especialmente importante considerar isso ao receber uma transfusão ou um tecido ou transplante de órgão.

            Proteínas de transporte: movem substâncias através da membrana

            Como os materiais atravessam as membranas?

            TRANSPORTE PASSIVO (sem energia necessária):

            Difusão: Movimento de moléculas de altas para baixas concentrações. (por exemplo, oxigênio, dióxido de carbono).

            Osmose: Movimento da água de baixas para altas concentrações de soluto (sal).

            Transporte facilitado: movimento através da membrana através de um canal de proteína

            TRANSPORTE ATIVO (necessidade de gastar energia):

            Bombeamento de íons ou moléculas através da membrana e de baixas a altas concentrações usando a energia do ATP (produzida pela respiração) e proteínas transportadoras

            Acredita-se que as células eucarióticas tenham se desenvolvido a partir da relação simbiótica de uma célula sendo engolfada por outra célula, mas não sendo digerida - a hipótese endossimbiótica


            13,2 Archaea

            As arquéias têm propriedades únicas que as separam dos outros dois domínios da vida, bactérias e eucariotos. As Archaea são divididas em vários filos reconhecidos. A classificação é difícil porque a maioria não foi isolada em laboratório e só foi detectada pela análise de seus ácidos nucléicos em amostras de seu ambiente. Archaea e bactérias são geralmente semelhantes em tamanho e forma, embora algumas arqueas tenham formas muito estranhas. Apesar dessa semelhança morfológica com as bactérias, as arqueas possuem genes e várias vias metabólicas que estão mais intimamente relacionadas às dos eucariotos, notadamente as enzimas envolvidas na transcrição e tradução. Outros aspectos da bioquímica das arquéias são únicos, como sua dependência de lipídios de éter em suas membranas celulares. As arquéias usam mais fontes de energia do que os eucariotos: variam de compostos orgânicos, como açúcares, a amônia, íons metálicos ou até mesmo gás hidrogênio. Archaea tolerante ao sal usa a luz solar como fonte de energia, e outras espécies de archaea fixam carbono. No entanto, ao contrário de plantas e cianobactérias, nenhuma espécie conhecida de archaea faz as duas coisas. Archaea se reproduz assexuadamente por fissão binária, fragmentação ou brotamento, ao contrário de bactérias e eucariotos, nenhuma espécie conhecida forma esporos. Archaea foram inicialmente vistos como extremófilos que vivem em ambientes hostis, como fontes termais e lagos salgados, mas desde então foram encontrados em uma ampla gama de habitats, incluindo solos, oceanos e pântanos. Eles também fazem parte da microbiota humana, encontrados no cólon, cavidade oral e pele. As arquéias são particularmente numerosas nos oceanos, e as arquéias no plâncton podem ser um dos grupos de organismos mais abundantes do planeta. As arquéias são uma parte importante da vida da Terra e podem desempenhar papéis tanto no ciclo do carbono quanto no ciclo do nitrogênio. Não são conhecidos exemplos claros de patógenos ou parasitas arqueados, mas eles costumam ser mutualistas ou comensais. Um exemplo são os metanógenos que habitam o intestino humano e de ruminantes, onde seu grande número ajuda na digestão. Os metanógenos também são usados ​​na produção de biogás e tratamento de esgoto, e a biotecnologia explora enzimas de arquéias extremófilas que podem suportar altas temperaturas e solventes orgânicos.


            A evolução de outras organelas

            Mas e quanto ao núcleo encontrado nas células eucarióticas? Como isso evoluiu? O núcleo ligado à membrana, talvez a característica mais única definidora das células eucarióticas, de forma alguma se assemelha a qualquer bactéria de vida livre ou aiau. O núcleo e outras organelas evoluíram de maneira muito diferente da mitocôndria e dos cloroplastos (Figura 5).

            Figura 5: O núcleo contendo DNA é claramente visível nesta célula eucariótica. imagem e cópia Imagem cortesia de Judith Beekman

            Os biólogos não podem dizer com certeza a ordem exata em que todas as organelas evoluíram. O registro fóssil é difícil de ler quando se trata de microrganismos minúsculos cheios de fluido de bilhões de anos atrás. Para complicar ainda mais a questão, está o fato de que algumas organelas parecem ter evoluído mais de uma vez em linhagens diferentes ao longo do tempo evolutivo. Em suma, ainda há algum debate sobre os detalhes da cronologia, mas os cientistas podem inferir a sequência básica de eventos com base no que sabemos sobre como as organelas funcionam hoje.

            As primeiras células procarióticas, as primeiras formas de vida na Terra, provavelmente tinham uma parede celular rígida, como os procariotos hoje. Dentro da parede celular havia uma membrana plasmática, como todas as células (veja nosso módulo Membranas I: Introdução às Membranas Biológicas). De alguma forma, talvez como resultado de uma mutação, a membrana plasmática começou a se dobrar sobre si mesma, criando uma pequena caverna ou - invaginação - dentro da parede celular (Figura 6). Ao longo de muitos milhares de gerações, esta invaginação cresceu e eventualmente envolveu o DNA da célula, criando um envelope nuclear. Esse aprimoramento arquitetônico deu a essas células uma vantagem sobre outras células procarióticas porque seu DNA agora estava mais protegido de moléculas prejudiciais encontradas no citoplasma das células.

            Figura 6: As primeiras células eucarióticas provavelmente evoluíram como resultado de invaginações, ou dobramento, da membrana externa.

            O núcleo ofereceu outro benefício importante. Dentro do ambiente protetor criado pelo núcleo, o DNA foi capaz de evoluir de uma forma que nunca havia feito antes. Livre da interferência do citoplasma da célula, novas reações químicas que potencializam a recombinação do gene, o reparo do DNA e a expressão do gene eventualmente evoluíram, e a própria estrutura do DNA começou a mudar. O DNA evoluiu de sua forma antiga - a estrutura simples em forma de anel vista nas bactérias - para as longas e intrincadas cadeias de nucleotídeos que compõem nosso próprio DNA. Com uma única mudança evolutiva - o desenvolvimento de um núcleo - as células eucarióticas foram encaminhadas para uma maior diversidade e especialização do que as células procarióticas jamais poderiam alcançar.

            Mais tarde em sua evolução, quando as células eucarióticas adquiriram mitocôndrias e cloroplastos, ganharam outra vantagem. As células eucarióticas agora podem encontrar e utilizar fontes de alimento melhor do que seus primos procarióticos. As células eucarióticas começaram a crescer. (A célula eucariótica média hoje é 100 a 1.000 vezes maior do que um procarioto.) E à medida que as células se tornavam maiores, sua membrana externa continuava dobrando-se sobre si mesma da mesma forma que fazia quando o núcleo foi formado. Mais dobras criaram mais canais dentro da célula, e o mesmo processo de invaginação que formou o núcleo começou a formar as organelas restantes ligadas à membrana.

            Os compartimentos (ou organelas) criaram espaços onde novos processos poderiam evoluir sem interferência do resto da célula. As organelas ligadas à membrana proporcionaram às células eucarióticas o mesmo benefício que um laboratório adequado oferece a um químico - um ambiente onde as reações podem ser controladas. Dentro das organelas recém-formadas, processos complexos como a síntese de proteínas foram capazes de evoluir sem interrupção química de outras funções celulares, como respiração ou fotossíntese. Eventualmente, caminhos e outras características se desenvolveram nas células que permitiram que elas se comunicassem umas com as outras. E uma vez que as células foram capazes de transmitir sinais e cooperar, elas começaram a desenvolver relações simbióticas maiores que, em última análise, deram origem aos tecidos e órgãos que constituem nossos corpos (Figura 7).

            Figura 7: Um neurônio tem um núcleo e muitas outras organelas comuns a todas as células eucarióticas, mas eles também desenvolveram estruturas especializadas como axônios e dendritos que são encontrados apenas em células nervosas. imagem e cópia Copyright da imagem 2013 por David G. King, usada com permissão

            Embora a explicação acima seja uma suposição fundamentada, ela é sustentada por evidências de procariotos modernos, as bactérias. Muitas bactérias têm invaginações em suas membranas que usam para uma variedade de finalidades. Na verdade, a maioria das bactérias tem extensas dobras em suas membranas plasmáticas que processam as moléculas de alimentos da mesma forma que as mitocôndrias metabolizam os alimentos nas células eucarióticas. O que isso mostra é que a evolução das dobras da membrana em compartimentos internos não é uma possibilidade rebuscada. Na verdade, isso ainda acontece hoje e pode fornecer vantagens claras para as células.

            No entanto, as membranas que envolvem as organelas das células eucarióticas fazem mais do que apenas fornecer uma barreira entre as organelas e o citoplasma. Eles servem como uma rede que fornece um meio de comunicação e transporte por toda a célula. O sistema de endomembrana, também considerado como tendo evoluído por meio do processo de invaginação, ilustra bem esse ponto.

            Processos complexos, como impulsos nervosos, são mais prováveis ​​de serem encontrados nas células __________.


            Tipos de células no corpo humano

            Os seres humanos adultos são compostos por cerca de 37 trilhões de células individuais e aproximadamente 200 tipos diferentes de células. Alguns tipos de células-chave do corpo humano incluem células-tronco, células musculares, células sanguíneas, células ósseas, células nervosas, células de gordura, células de esperma e óvulos.

            Células musculares

            As células musculares são as unidades básicas do tecido muscular. Essas células são altamente especializadas para facilitar a contração muscular e contêm filamentos de proteínas (chamados miofibrilas) e muitas mitocôndrias.

            Células-tronco

            As células-tronco são células que podem se desenvolver em outros tipos de células. Eles se diferenciam para formar todas as células especializadas do corpo humano e são encontrados em ambos embriões e certos tecidos do corpo adulto (como o medula óssea).

            Células Ósseas

            Os ossos são tecidos vivos com sua própria rede de vasos sanguíneos e são feitos de vários tipos diferentes de células. Os principais tipos de células ósseas são osteoclastos (células que dissolvem o tecido ósseo), osteoblastos (células que fazem novo tecido ósseo), e osteócitos (que se encontram dentro do osso e se comunicam com outras células ósseas).

            Células sanguíneas

            O sangue contém uma variedade de células. Os três principais tipos de células sanguíneas são glóbulos vermelhos (que transportam oxigênio), glóbulos brancos (que são componentes do sistema imunológico, e plaquetas (fragmentos de células que permitem a coagulação do sangue).

            Células nervosas

            Células nervosas (AKA neurônios) constituem o sistema nervoso. Sua principal função é transportar mensagens entre o corpo e o cérebro.

            Células de gordura

            As células de gordura também são conhecidas como células adiposas. Eles são especialmente adaptados para armazenar energia na forma de tecido adiposo e são encontrados em todo o corpo. O tecido adiposo que é armazenado sob a pele é chamado gordura subcutânea, e a gordura que envolve os órgãos internos é conhecida como gordura visceral.

            Espermatozóides

            Os espermatozoides são células reprodutivas masculinas. Eles são o menor tipo de célula do corpo humano e têm várias adaptações para fertilização, como um cauda (para nadar) e muitos mitocôndria (para produção de energia).

            Células de Ovo

            As células reprodutivas femininas são chamadas de óvulos. Os óvulos são muito maiores do que os espermatozoides e contêm uma grande quantidade de citoplasma rico em nutrientes para apoiar o desenvolvimento do novo organismo.