Membrana citoplasmática (MCP)
A membrana interna da célula é uma estrutura «fluida» e dinâmica, cuja organização química é muito próxima à do plasmalema das células animais. A base da membrana é constituída por uma dupla camada de lipídios (bicamada fosfolipídica), na qual estão integradas várias proteínas.
Ao ser examinada por microscopia eletrônica, a MCP apresenta-se como uma estrutura nítida de três camadas. Ela é composta por duas camadas escuras externas, com espessura de cerca de 2,5 nm cada, e uma camada intermediária clara que as separa. O componente proteico da membrana inclui proteínas integrais que atravessam a bicamada de ponta a ponta. Uma proporção significativa dessas moléculas atua como permeases — transportadores especializados que asseguram o transporte de substâncias para dentro e para fora da célula.
Funções da membrana citoplasmática:
- Atua como uma barreira que restringe rigorosamente o citoplasma.
- Regula a pressão osmótica intracelular.
- Realiza o transporte de metabólitos e nutrientes.
- Desempenha um papel fundamental no metabolismo energético. Os eucariotos possuem mitocôndrias, mas os procariotos não; portanto, as enzimas da cadeia transportadora de elétrons e as ATPases estão localizadas justamente na membrana citoplasmática.
Derivados da membrana: mesossomos e invaginações
Quando a membrana da bactéria cresce mais rápido do que a parede celular que a envolve, formam-se invaginações específicas para o interior do citoplasma. De acordo com o grau de complexidade de sua organização estrutural, elas são divididas em dois grupos:
- Membranas intracitoplasmáticas — formações de estrutura relativamente simples.
- Mesossomos — estruturas membranosas complexas, enroladas e multiniveladas.
A comunidade científica ainda debate a natureza dos mesossomos. Vários pesquisadores apoiam a hipótese de que sejam um artefato decorrente do processo de fixação química das amostras para microscopia eletrônica. No entanto, a visão tradicional atribui aos mesossomos a participação em processos vitais e altamente energéticos da célula bacteriana. Acredita-se que estejam envolvidos na divisão celular (assegurando a correta segregação das moléculas de DNA), forneçam energia para a síntese de uma nova parede celular e participem da secreção de substâncias e da esporulação.
Citoplasma e aparato de síntese proteica
O citoplasma ocupa o volume principal e dominante da célula bacteriana. Trata-se de um sistema coloidal complexo que inclui proteínas solúveis, vários tipos de RNA, ribossomos e diversas inclusões.
Características dos ribossomos Os ribossomos dos procariotos têm cerca de 20 nm de tamanho e constituem o principal aparato de síntese proteica. Sua principal diferença em relação aos ribossomos eucarióticos reside no coeficiente de sedimentação: nas bactérias é de 70S, enquanto nos eucariotos é de 80S. Essa diferença estrutural tem imensa importância médica. É graças a ela que se realiza o princípio da toxicidade seletiva de muitos fármacos antibacterianos: eles inibem direcionadamente a síntese proteica nos ribossomos bacterianos 70S, sem causar absolutamente nenhum dano às células do organismo humano.
O ribossomo 70S dissocia-se em duas subunidades funcionais:
- Subunidade menor (30S): contém a molécula de rRNA 16S.
- Subunidade maior (50S): contém a molécula de rRNA 23S.
Os RNAs ribossômicos são elementos altamente conservados, verdadeiros «relógios moleculares» da evolução dos microrganismos. Em particular, a estrutura do rRNA 16S serve como base fundamental da genossistemática, permitindo determinar com precisão o grau de parentesco evolutivo entre diferentes organismos.
Inclusões citoplasmáticas
As inclusões formam-se no citoplasma quando há excesso de nutrientes no meio ambiente. Elas desempenham o papel de uma reserva estratégica de carbono e energia que a bactéria consumirá em períodos de escassez. Os principais tipos desses acúmulos intracelulares incluem grânulos de glicogênio, polissacarídeos semelhantes ao amido, ácido $\beta$-hidroxibutírico e polifosfatos.
Volutina (grânulos de polifosfatos) Os grânulos de volutina consistem em acúmulos de polifosfato inorgânico polimerizado. Na microscopia eletrônica, eles aparecem como áreas eletrodensos com tamanho de 0,1 a 1,0 µm, localizadas mais frequentemente nos polos da célula.
A principal propriedade físico-química da volutina é sua alta afinidade por corantes básicos e sua capacidade de metacromasia (mudança na cor original do corante). Ao utilizar azul de metileno ou azul de toluidina, bem como na coloração pelo método de Neisser, os grânulos de volutina adquirem uma cor intensa vermelho-púrpura, enquanto o citoplasma cora-se de azul. Esse fenômeno tem importância diagnóstica primordial: a presença de grânulos metacromáticos característicos nos polos da célula é um sinal-chave para a identificação laboratorial do agente causador da difteria (Corynebacterium diphtheriae).
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais são os mecanismos de transporte de substâncias através da membrana citoplasmática presentes nas bactérias?
As bactérias possuem quatro mecanismos principais de transporte de substâncias através da membrana citoplasmática, além de sistemas de secreção especializados.
| Tipo de transporte | Necessidade de energia | Relação com o gradiente |
|---|---|---|
| Difusão simples | Não necessária | A favor do gradiente |
| Difusão facilitada | Não necessária | A favor do gradiente (via translocase) |
| Transporte ativo | Necessária (ATP, permeases) | Contra o gradiente |
| Translocação de radicais | Necessária (com modificação química) | Contra o gradiente |
Além disso, as bactérias possuem o sistema fosfotransferase e sistemas de secreção específicos (por exemplo, tipos III e IV), que garantem a liberação de componentes estruturais, proteínas, DNA e fatores de patogenicidade.
Quais classes de antibióticos inibem seletivamente a síntese proteica ao se ligarem às subunidades 30S e 50S dos ribossomos bacterianos?
A síntese proteica é inibida seletivamente por antibióticos que atuam em diferentes subunidades do ribossomo bacteriano 70S.
- Aminoglicosídeos — atuam na subunidade 30S; perturbam a fixação do tRNA e a formação do complexo de iniciação. A inibição é irreversível.
- Tetraciclinas — atuam na subunidade 30S; bloqueiam a fixação de um novo aminoacil-tRNA ao sítio aceptor. A inibição é reversível.
- Macrolídeos (por exemplo, eritromicina), cloranfenicol e lincomisinas — atuam na subunidade 50S.
Para os fármacos que atuam na subunidade 50S, os mecanismos indicados são: bloqueio da peptidil transferase, perturbação da translocação do peptidil-tRNA e interrupção do alongamento da cadeia peptídica. O tipo de ação é bacteriostático.
Quais bactérias, além do agente causal da difteria, são capazes de formar grânulos de volutina evidentes?
Além do agente causal da difteria, os grânulos de volutina são descritos nos agentes causais da tuberculose e da hanseníase: seu citoplasma contém inclusões lipídicas e grânulos de volutina.
Em comparação, em Corynebacterium pseudodiphtheriticum (C. hofmannii), os grânulos de volutina estão praticamente ausentes.
Para não se confundir com a estrutura do ribossomo procariótico: ele tem um tamanho de 70S e é composto pelas subunidades 50S e 30S. No mundo da sedimentação, a matemática 50+30=80 não funciona, então a soma é sempre 70!
Questões de aulas e exames
Por que as enzimas do metabolismo energético das bactérias estão localizadas na membrana citoplasmática?
As células procarióticas carecem de organelas membranosas, como as mitocôndrias. Portanto, a membrana citoplasmática assume o papel de análogo funcional das mitocôndrias, abrigando ATP-ases e enzimas da cadeia transportadora de elétrons.
Qual é o significado médico da diferença entre o ribossomo bacteriano e o humano?
A diferença no coeficiente de sedimentação (70S nas bactérias versus 80S no homem) permite que os antibióticos bloqueiem seletivamente a síntese de proteínas bacterianas. O fármaco "reconhece" o alvo específico e não prejudica as células do organismo hospedeiro.
O que é metacromasia?
É um fenômeno no qual a estrutura se coroa com uma cor diferente da cor do próprio corante. Por exemplo, ao corar bactérias com corantes azuis, os grânulos de volutina tornam-se vermelho-arroxeados.
O que mais estudar sobre o tema
- Mecanismos de ação das permeases de membrana e tipos de transporte de substâncias
- O papel dos invaginamentos no processo de segregação do DNA durante a divisão celular
- Princípios da genossistemática com base na análise do rRNA 16S
- Técnica de coloração de preparados bacterianos pelo método de Neisser
- Metabolismo do ácido $\beta$-hidroxibutírico em bactérias
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