Exercícios: Eubactérias e arqueobactérias

Indique três diferenças estruturais entre uma célula procariótica bacteriana e uma célula eucariótica, e explique que consequência funcional cada uma tem.

Muitas arqueobactérias são extremófilas (termófilas, halófilas, acidófilas). Descreva que ambientes elas colonizam, que adaptações bioquímicas permitem que vivam nesses locais e por que o estudo delas interessa às hipóteses sobre a origem da vida.

Observe as bactérias do esquema (A a F). Classifique-as segundo a sua forma (coco, bacilo, espirilo ou vibrião) e, se for o caso, segundo o seu agrupamento (diplococos, estreptococos, estafilococos), apresentando um exemplo conhecido sempre que possível.

Explique o que é a parede celular bacteriana (peptidoglicano) e em que consiste a coloração de Gram: que dois grandes grupos ela distingue (gram-positivas e gram-negativas) e por que razão é tão útil na escolha de um tratamento.

1. a) Nomeie três estruturas externas que uma bactéria pode apresentar.
2. b) Explique a função principal de cada uma delas.

O que é um endósporo? Explique como se forma, que resistência extraordinária possui (calor, dessecação, desinfetantes) e por que razão complica a esterilização na medicina e na indústria de conservas (exemplos: tétano, botulismo).

Distinga uma bactéria aeróbia estrita, uma anaeróbia estrita e uma anaeróbia facultativa, e associe cada tipo a um ambiente (superfície do solo, fundo de uma ferida profunda, tubo digestivo).

O que são os plasmídeos? Explique que tipo de genes costumam conter (resistência a antibióticos, toxinas) e por que razão a capacidade deles de passar de uma bactéria para outra preocupa a comunidade médica.

O metabolismo bacteriano é muito diverso. Descreva os tipos fotoautotrófico, quimioautotrófico e heterotrófico: onde cada um obtém a energia e o carbono, e dê um exemplo de bactéria ou de ambiente para cada tipo.

Explique o papel essencial das bactérias nos ciclos do nitrogênio e do carbono (fixação, nitrificação, desnitrificação e decomposição) e justifique o que aconteceria nos ecossistemas se elas desaparecessem.

Cite duas diferenças moleculares entre eubactérias e arqueobactérias (por exemplo, na parede celular ou nos lipídios de membrana) e explique por que elas são classificadas em domínios distintos.

Os biofilmes são comunidades bacterianas aderidas a uma superfície e envolvidas em uma matriz. Explique onde se formam (tártaro dentário, cateteres, tubulações, pedras do rio), por que razão são muito mais resistentes aos antibióticos e aos desinfetantes do que as bactérias livres e que problemas causam nos hospitais.

As cianobactérias foram chamadas «algas azuis» durante séculos. Explique por que razão esse nome estava incorreto (organização procariota), que tipo de fotossíntese realizam (oxigênica) e que papel histórico desempenharam na atmosfera terrestre.

No laboratório utilizam-se meios seletivos e diferenciais. Explique o que é cada tipo com um exemplo (o ágar MacConkey seleciona gram-negativas e distingue fermentadoras de lactose; o ágar sangue revela a hemólise) e que informação fornecem na identificação de uma bactéria desconhecida.

As arqueobactérias metanogênicas produzem metano. Explique onde vivem (rúmen dos herbívoros, fundos de pântanos e arrozais, estações de tratamento de esgoto), do que se alimentam e por que o metabolismo delas interessa simultaneamente ao clima (o metano como gás do efeito estufa) e à energia (biogás).

A simbiose bacteriana vai muito além do intestino humano. Descreva um exemplo concreto — as bactérias bioluminescentes da lula (Vibrio fischeri) ou os nódulos de Rhizobium nas leguminosas —, explicando o que cada parceiro fornece e como se "reconhecem" para estabelecer a associação.

Um paciente hospitalizado recebendo clindamicina (um antibiótico de amplo espectro) durante três semanas desenvolve uma diarreia grave por infecção de Clostridioides difficile. Essa bactéria estava presente no seu intestino antes de iniciar o tratamento, mas representava menos de 0,1 % da comunidade microbiana e não causava nenhum sintoma. Após o fracasso de várias linhas de fármacos, realiza-se nele um transplante de microbiota fecal (TMF) de um doador saudável, conseguindo erradicar a infecção em 48 horas.

1. a) Justifique esse quadro clínico utilizando com precisão os conceitos ecológicos de nicho ecológico, exclusão competitiva e resistência à colonização.
2. b) Planeje um experimento simples com camundongos de laboratório axênicos (livres de germes) que permita discernir se o fator curativo do transplante fecal está na competição física direta exercida por bactérias viáveis ou em metabólitos protetores termoestáveis dissolvidos no filtrado das fezes do doador.

Durante um verão quente, um reservatório recebe uma descarga rica em fósforo que faz cair drasticamente a relação nitrogênio:fósforo (N:P) da água. Poucas semanas depois, forma-se uma densa camada esverdeada na superfície dominada por cianobactérias filamentosas com heterocistos, e as análises detectam níveis perigosos de microcistinas.

1. a) Justifique por que razão as cianobactérias fixadoras de nitrogênio deslocam as microalgas eucariontes quando a relação N:P diminui drasticamente. Explique que incompatibilidade bioquímica fundamental é resolvida pelo heterocisto e que adaptações estruturais e metabólicas ele apresenta para conseguir isso.
2. b) Paradoxalmente, apesar de as cianobactérias realizarem a fotossíntese oxigênica, os técnicos do reservatório registram uma mortalidade maciça de peixes por anoxia nas camadas intermediárias e de fundo. Deduza as causas ecológicas e bioquímicas desse colapso de oxigênio ao longo da coluna de água.

Em uma mina de sulfetos metálicos analisam-se duas zonas: uma pilha de rejeitos de pirita (FeS_2) compactada e selada contra o ar, e outra pilha de rejeitos idêntica, mas porosa, úmida e exposta ao tempo. A água que drena dessa segunda pilha tem um pH de 1,7 e uma elevada concentração de íons férricos (Fe^3+) e sulfato, devido à ação de Acidithiobacillus ferrooxidans.

1. a) Deduza o papel desempenhado por A. ferrooxidans como catalisador biogeoquímico: explique que espécie química oxida, qual é o aceptor final de elétrons e por que razão o seu metabolismo acidifica o meio de forma tão acentuada. Classifique o seu tipo metabólico segundo a sua fonte de carbono e energia.
2. b) Uma empresa de mineração utiliza biorreatores com A. ferrooxidans para lixiviar calcopirita de baixo teor (biolixiviação), enquanto o órgão ambiental fiscalizador denuncia a mina pela drenagem ácida da pilha de rejeitos aberta. Justifique quimicamente por que o mesmo processo microbiano constitui uma biotecnologia limpa e rentável em um contexto, mas uma catástrofe ecotoxicológica para os ecossistemas fluviais no outro.