O reino monera é formado por bactérias, cianobactérias e arqueobactérias (também chamadas arqueas), todos seres muito simples, unicelulares e com célula procariótica (sem núcleo diferenciado). Esses seres microscópios são geralmente menores do que 8 micrômetros ( 1µm = 0,001 mm).
As bactérias (do grego bakteria: 'bastão') são encontrados em todos os ecossistemas da Terra e são de grande importância para a saúde, para o ambiente e a economia. As bactérias são encontradas em qualquer tipo de meio: mar, água doce, solo, ar e, inclusive, no interior de muitos seres vivos.
Exemplos da importância das bactérias:
- na decomposição de matéria orgânica morta. Esse processo é efetuado tanto aeróbia, quanto anaerobiamente;
- agentes que provocam doença no homem;
- em processos industriais, como por exemplo, os lactobacilos, utilizados na indústria de transformação do leite em coalhada;
- no ciclo do nitrogênio, em que atuam em diversas fases, fazendo com que o nitrogênio atmosférico possa ser utilizado pelas plantas;
- em Engenharia Genética e Biotecnologia para a síntese de várias substâncias, entre elas a insulina e o hormônio de crescimento.
Estrutura das Bactérias
Bactérias são microorganismos unicelulares, procariotos, podendo viver isoladamente ou construir agrupamentos coloniais de diversos formatos. A célula bacterianas contém os quatro componentes fundamentais a qualquer célula: membrana plasmática, hialoplasma, ribossomos e cromatina, no caso, uma molécula de DNA circular, que constitui o único cromossomo bacteriano.
A região ocupada pelo cromossomo bacteriano costuma ser denominada nucleóide. Externamente à membrana plasmática existe uma parede celular (membrana esquelética, de composição química específica de bactérias).
É comum existirem plasmídios - moléculas de DNA não ligada ao cromossomo bacteriano - espalhados pelo hialoplasma. Plasmídios costumam conter genes para resistência a antibióticos.
Algumas espécies de bactérias possuem, externamente à membrana esquelética, outro envoltório, mucilaginoso, chamado de cápsula. É o caso dos pneumococos (bactérias causadoras de pneumonia). Descobriu-se que a periculosidade dessas bactérias reside na cápsula em um experimento, ratos infectados com pneumococo sem cápsula tiveram a doença porém não morreram, enquanto pneumococos capsulados causaram pneumonia letal.
A parede da célula bacteriana, também conhecida como membrana esquelética, reveste externamente a membrana plasmática, e é constituída de uma substância química exclusiva das bactérias conhecida como mureína (ácido n-acetil murâmico).
A Diversidade Metabólica das Bactérias
Se há um grupo de seres que apresenta grande diversidade metabólica, certamente é o das bactérias. Existem espécies heterótrofas e espécies autótrofas. Dentre as primeiras, destacam-se as parasitas, as decompositoras de matéria orgânica e as que obtêm matéria orgânica de outros seres vivos, com os quais se associam sem prejudicá-los. Dentre as autótrofas, existem espécies que produzem matéria orgânica por fotossíntese e outras que produzem por quimiossíntese.
As bactérias Heterótrofas
As bactérias parasitas são as que, por meio de inúmeros mecanismos, agridem outros seres vivos para a obtenção de alimento orgânico e causam inúmeras doenças. As decompositoras (frequentemente denominadas sapróvoras, saprofíticas ou saprofágicas) obtêm o alimento orgânico recorrendo à decomposição da matéria orgânica morta e são importântes na reciclagem dos nutrientes minerais na biosfera.
As que são associadas as outros seres vivos são denominadas de simbiontes, e não agridem os parceiros. É o caso das bactérias encontradas no estômago dos ruminantes (bois, cabras), que se nutrem da celulose ingerida por esses animais, fornecendo, em troca, aminoácidos essenciais para o metabolismo protéico do mesmo.
Muitas bactérias heterótrofas são anaeróbias obrigatórias, como o bacilo do tétano. São bactérias que morrem na presença de oxigênio. Nesse caso a energia dos compostos orgânicos é obtida por meio de fermentação. As anaeróbicas facultativas, por outro lado, vivem tanto na presença como na ausência de oxigênio.
Outras espécies só sobrevivem em presença de oxigênio - são as aeróbias obrigatórias. Um curioso grupo de bactérias é o que realiza a respiração aeróbia. Nessa modalidade de metabolismo energético existem todas as etapas típicas da respiração celular. Muda apenas o aceptor final de elétrons na cadeia respiratória. No lugar do oxigênio, essas bactérias utilizam nitrato, nitrito ou sulfato, obtendo no final, praticamente o mesmo rendimento energético verificado na respiração celular aeróbia. É o que ocorre com as bactérias desnitrificantes que participam do ciclo do nitrogênio na natureza. Nelas o aceptor final de elétrons é o nitrato.
Bactérias Autótrofas
Fotossintetizantes
Nas bactérias que realizam fotossíntese, a captação da energia solar fica a cargo de uma clorofila conhecida como bacterioclorofila. A partir da utilização de substâncias simples do meio, ocorre a síntese do combustível biológico. De maneira geral, não há liberação de oxigênio. Como exemplo, podemos citar as bactérias sulforosas do gênero Chlorobium, que efetuam esse processo com a utilização de H2S e CO2, segundo a equação:
2H2S + CO2 + luz ------bacterioclorofila------------> (CH2) + 2S + H20
Note que é o gás sulfídrico, e não a água, que atua como fornecedor dos hidrogênios que servirão para a redução do gás carbônico. Não há a liberação de oxigênio. O enxofre permanece no interior das células bacterianas sendo, posteriormente eliminado para o meio em que vivem esses microorganismos, em geral fontes sulfurosas. Nesse processo, CH2O representa a matéria orgânica produzida.
Quimiossíntese
A quimiossíntese é uma reação que produz energia química, convertida da energia de ligação dos compostos inorgânicos oxidados. Sendo a energia química liberada, empregada na produção de compostos orgânicos e gás oxigênio (O2), a partir da reação entre o dióxido de carbono (CO2) e água molecular (H2O), conforme demonstrado abaixo:
- Primeira etapa
Composto Inorgânico + O2 → Compostos Inorgânicos oxidados + Energia Química
- Segunda etapa
CO2 + H2O + Energia Química → Compostos Orgânicos + O2
Esse processo autotrófico de síntese de compostos orgânicos ocorre na ausência de energia solar. É um recurso normalmente utilizado por algumas espécies de bactérias e arqueobactérias (bactérias com características primitivas ainda vigentes), recebendo a denominação segundo os compostos inorgânicos reagentes, podendo ser: ferrobactérias e nitrobactérias ou nitrificantes (nitrossomonas e nitrobacter, gênero de bactérias quimiossíntetizantes).
As ferrobactérias oxidam substâncias à base de ferro para conseguirem energia química, já as nitrificantes, utilizam substâncias à base de nitrogênio.
Presentes no solo, as nitrossomonas e nitrobacter, são importantes organismos considerados biofixadores de nitrogênio, geralmente encontradas livremente no solo ou associadas às plantas, formando nódulos radiculares.
A biofixação se inicia com a assimilação no nitrogênio atmosférico (N2), transformando-o em amônia (NH3), reagente oxidado pela nitrossomona, resultando em nitrito (NO2-) e energia para a produção de substâncias orgânicas sustentáveis a esse gênero de bactérias.
O nitrito, liberado no solo e absorvido pela nitrobacter, também passa por oxidação, gerando energia química destinada à produção de substâncias orgânicas a esse gênero e nitrato (NO3-), aproveitado pelas plantas na elaboração dos aminoácidos.
Reação quimiossintética nas Nitrossomonas:
NH3 (amônia) + O2 → NO2- (nitrito) + Energia
6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 (Glicose - Compostos Orgânicos) + 6 O2
Reação quimiossintética nas Nitrobacter:
NO2- (nitrito) + O2 → NO3- (nitrato) + Energia
6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6H12O6 + 6 O2
Assim, podemos perceber que o mecanismo de quimiossíntese, extremamente importante para a sobrevivência das bactérias nitrificantes, também é bastante relevante ao homem. Conforme já mencionado, o nitrito absorvido pelas plantas, convertidos em aminoácidos, servem como base de aminoácidos essenciais à nutrição do homem (um ser onívoro: carnívoro e herbívoro).
Dessa forma, fica evidente a interdependência existente entre os fatores bióticos (a diversidade dos organismos) e os fatores abióticos (aspectos físicos e químicos do meio ambiente).
Reprodução das Bactérias
A reprodução mais comum nas bactérias é assexuada por bipartição ou cissiparidade. Ocorre a duplicação do DNA bacteriano e uma posterior divisão em duas células. As bactérias multiplicam-se por este processo muito rapidamente quando dispõem de condições favoráveis (duplica em 20 minutos).
A separação dos cromossomos irmãos conta com a participação dos mesossomos, pregas internas da membrana plasmática nas quais existem também as enzimas participantes da maior parte da respiração celular.
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Repare que não existe a formação do fuso de divisão e nem de figuras clássicas e típicas da mitose. Logo, não é mitose.
Esporulação
Algumas espécies de bactérias originam, sob certas condições ambientais, estruturas resistentes denominadas esporos. A célula que origina o esporo se desidrata, forma uma parede grossa e sua atividade metabólica torna-se muito reduzida. Certos esporos são capazes de se manter em estado de dormência por dezenas de anos. Ao encontrar um ambiente adequado, o esporo se reidrata e origina uma bactéria ativa, que passa a se reproduzir por divisão binária.
Os esporos são muito resistentes ao calor e, em geral, não morrem quando expostos à água em ebulição. Por isso os laboratórios, que necessitam trabalhar em condições de absoluta assepsia, costumam usar um processo especial, denominado autoclavagem, para esterilizar líquidos e utensílios. O aparelho onde é feita a esterilização, a autoclave, utiliza vapor de água a temperaturas da ordem de 120ºC, sob uma pressão que é o dobro da atmosférica. Após 1 hora nessas condições, mesmo os esporos mais resistentes morrem.
A indústria de enlatados toma medidas rigorosas na esterilização dos alimentos para eliminar os esporos da bactéria Clostridium botulinum. Essa bactéria produz o botulismo, infecção frequentemente fatal.
Reprodução sexuada
Para as bactérias considera-se reprodução sexuada qualquer processo de transferência de fragmentos de DNA de uma célula para outra. Depois de transferido, o DNA da bactéria doadora se recombina com o da receptora, produzindo cromossomos com novas misturas de genes. Esses cromossomos recombinados serão transmitidos às células-filhas quando a bactéria se dividir.
A transferência de DNA de uma bactéria para outra pode ocorrer de três maneiras: por transformação, transdução e por conjugação.
Transformação
Na transformação, a bactéria absorve moléculas de DNA dispersas no meio e são incorporados à cromatina. Esse DNA pode ser proveniente, por exemplo, de bactérias mortas. Esse processo ocorre espontaneamente na natureza.
Os cientistas têm utilizado a transformação como uma técnica de Engenharia Genética, para introduzir genes de diferentes espécies em células bacterianas.
Transdução
Na transdução, moléculas de DNA são transferidas de uma bactéria a outra usando vírus como vetores (bactériófagos). Estes, ao se montar dentro das bactérias, podem eventualmente incluir pedaços de DNA da bactéria que lhes serviu de hospedeira. Ao infectar outra bactéria, o vírus que leva o DNA bacteriano o transfere junto com o seu. Se a bactéria sobreviver à infecção viral, pode passar a incluir os genes de outra bactéria em seu genoma.
Conjugação
Na conjugação bacteriana, pedaços de DNA passam diretamente de uma bactéria doadora, o "macho", para uma receptora, a "fêmea". Isso acontece através de microscópicos tubos protéicos, chamados pili, que as bactérias "macho" possuem em sua superfície.
O fragmento de DNA transferido se recombina com o cromossomo da bactéria "fêmea", produzindo novas misturas genéticas, que serão transmitidas às células-filhas na próxima divisão celular.
Conjugação bacterian mostrando o pili sexual.
As Cianobactérias
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Extremamente parecidas com as bactérias, as cianobactérias são também procariontes. São todas autótrofas fotossintetizantes, mas suas células não possuem cloroplastos. A clorofila, do tipo a, fica dispersa pelo hialoplasma e em lamelas fotossintetizantes, que são ramificações da membrana plasmática.
Além da clorofila, possuem outros pigmentos acessórios, como os carotenóides (pigmentos semelhantes ao caroteno da cenoura), ficoeritrina (um pigmento de cor vermelha, típico das cianobactérias encontradas no Mar vermelho) e a ficocianina (um pigmento de cor azulada, que originou o nome das cianobactérias, anteriormente denominadas "algas azuis") . Elas vivem no mar, na água doce e em meio terrestre úmido.
Há espécies que possuem células isoladas e outras que formam colônias de diferentes formatos.
A reprodução nas cianobactérias
Nas cianobactérias unicelulares, a reprodução assexuada dá-se por divisão binária da célula. Nas espécies filamentosas, é comum a ocorrência de fragmentação do filamento, produzindo-se vários descendentes semelhantes geneticamente uns aos outros. A esses fragmentos contendo muitas células dá-se o nome de homogônios.
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As Arqueobactérias e seu Incrível Modo de Viver
Atualmente muitos autores consideraram oportuna a separação das Arqueobactérias (bactérias primitivas) das chamadas Eubactérias (bactérias verdadeiras).
Com base em estudos bioquímicos (sequências de RNA ribossômico, ausência de ácido murâmico na parede, composição lipídica da membrana), concluiu-se que há mais de 3000 M.a. teria ocorrido uma divergência na evolução dos organismos procariotas, tendo surgido duas linhagens distintas.
Até este momento não foi identificada recombinação genética neste grupo de organismos. O ramo que originou as Arqueobactérias teria, mais tarde, originado os eucariotas.
Considera-se que as arqueobactérias atuais pouca alteração sofreram, em relação aos seus ancestrais. Estes procariontes vivem em locais com condições extremamente adversas para outros seres vivos, provavelmente semelhantes às que existiriam na Terra primitiva.
As arqueobactérias podem ser divididas em três grandes grupos principais:
Halófilas - vivem em concentrações salinas extremas, dezenas de vezes mais salgadas que a água do mar, em locais como salinas, lagos de sal ou soda, etc. A sua temperatura ótima de crescimento é entre 35 e 50ºC.
Estas bactérias são autotróficas, mas o seu mecanismo de produção de ATP é radicalmente diferente do habitual, pois utilizam um pigmento vermelho único - bacteriorrodopsina - que funciona como uma bomba de prótons (como os da fosforilação oxidativa nas mitocôndrias) que lhes permite obter energia;
Metanogeneas - este grupo de bactérias foi o primeiro a ser reconhecido como único. Vivem em pântanos, no fundo dos oceanos, estações de tratamento de esgotos e no tubo digestivo de algumas espécies de insetos e vertebrados herbívoros, onde produzem metano (CH4) como resultado da degradação da celulose.
As reservas de gás natural que conhecemos são o resultado do metabolismo anaeróbio obrigatório e produtor de metano de bactérias deste tipo no passado. Algumas conseguem produzir metano a partir de CO2 e H2, obtendo energia desse processo.
O gênero Methanosarcina consegue fixar azoto atmosférico, capacidade que se julgava única das eubactérias;
Termoacidófilas -vivem em zonas de águas termais ácidas, com temperaturas ótimas entre 70 e 150ºC e valores de pH ótimo perto do 1. Na sua grande maioria metabolizam enxofre: podem ser autotróficas, obtendo energia da formação do ácido sulfídrico (H2S) a partir do enxofre, ou heterotróficas.
