Os Três Domínios Biológicos

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Proponente do sistema de três domínios

Carl Woese, microbiologista norte-americano que introduziu essa classificação filogenética em 1990.

Base molecular da classificação de Woese

Análise comparativa das sequências de RNA ribossômico 16S (procariontes) e 18S (eucariontes).

Os três domínios da vida

Bacteria, Archaea e Eukarya.

Substituição do modelo anterior de reinos

Substituiu o modelo de cinco reinos de Whittaker, dividindo os procariontes em dois domínios distintos.

Domínio Bacteria: envoltório celular básico

Parede celular composta predominantemente por peptideoglicano (mureína).

Domínio Bacteria: tipo de lipídios de membrana

Fosfolipídios com ligações do tipo éster entre o glicerol-3-fosfato e ácidos graxos não ramificados.

Domínio Bacteria: organização do material genético

DNA circular único, geralmente sem histonas verdadeiras, localizado na região do nucleoide.

Domínio Bacteria: tipo de ribossomo

Ribossomos do tipo 70S, formados por subunidades 50S e 30S.

Domínio Bacteria: primeiro aminoácido na síntese proteica

Formilmetionina (fMet).

Domínio Bacteria: sensibilidade a antibióticos comuns

Sensíveis a antibióticos bacterianos clássicos como estreptomicina, cloranfenicol e penicilinas.

Domínio Archaea: composição da parede celular

Ausência de peptideoglicano; contém pseudopeptideoglicano, polissacarídeos complexos ou camada S de proteínas.

Domínio Archaea: tipo de ligação nos lipídios de membrana

Ligações do tipo éter entre o glicerol-1-fosfato e cadeias de isoprenoides ramificadas.

Monocamadas lipídicas em Archaea

Algumas arqueias hipertermófilas possuem tetraéteres de glicerol formando monocamadas altamente estáveis ao calor.

Domínio Archaea: proteínas associadas ao DNA

Muitas arqueias possuem histonas estruturalmente semelhantes às encontradas em eucariontes.

Domínio Archaea: tipo de ribossomo

Ribossomos 70S, porém estruturalmente e imunologicamente mais próximos dos ribossomos eucarióticos.

Domínio Archaea: primeiro aminoácido na síntese proteica

Metionina (Met), diferindo de Bacteria e assemelhando-se a Eukarya.

Domínio Archaea: sensibilidade à toxina diftérica

Sensível à toxina diftérica, uma propriedade compartilhada exclusivamente com o domínio Eukarya.

Domínio Archaea: sensibilidade a antibióticos antibacterianos

Insensíveis à maioria dos antibióticos que afetam bactérias, como penicilina e canamicina.

Domínio Eukarya: organização nuclear

Presença de núcleo delimitado por carioteca com poros nucleares contendo o material genético.

Domínio Eukarya: tipo de ribossomo citoplasmático

Ribossomos 80S, formados pelas subunidades 60S e 40S.

Domínio Eukarya: lipídios de membrana celular

Bicamada de fosfolipídios ligados por éster com ácidos graxos lineares, contendo esteróis como colesterol ou ergosterol.

Domínio Eukarya: organelas membranosas

Presença de organelas como mitocôndrias, retículo endoplasmático, complexo de Golgi e cloroplastos.

Domínio Eukarya: divisão celular típica

Mitose para células somáticas e meiose para a produção de gametas ou esporos.

Domínio Eukarya: primeiro aminoácido na síntese proteica

Metionina (Met), não formilada.

Divisão celular em Bacteria e Archaea

Ocorre predominantemente por fissão binária simples (cissiparidade), brotamento ou fragmentação.

Archaea extremófilas: Halófilas extremas

Organismos adaptados a ambientes com altíssimas concentrações de sal, como o Mar Morto.

Archaea extremófilas: Termófilas e Hipertermófilas

Habitantes de fontes hidrotermais e vulcões submarinos que toleram ou exigem temperaturas acima de 80 °C.

Archaea: Metanogênicas

Microrganismos anaeróbios estritos que produzem gás metano como subproduto metabólico.

RNA polimerase em Bacteria

Enzima simples e única, composta por quatro subunidades catalíticas principais mais o fator sigma.

RNA polimerase em Archaea

Enzima complexa com 8 a 12 subunidades, muito similar à RNA polimerase II de eucariontes.

RNA polimerases em Eukarya

Três tipos principais de RNA polimerases nucleares distintas (I, II e III), cada uma especializada.

Introns no domínio Bacteria

Extremamente raros na maioria dos genes codificadores de proteínas.

Introns no domínio Archaea

Presentes em alguns genes de RNAt e RNAr, mas raros em genes codificadores de proteínas.

Introns no domínio Eukarya

Comuns e abundantes em genes codificadores de proteínas, processados via spliceossomo.

Teoria da Endossimbiose e os Domínios

Mitocôndrias e cloroplastos em Eukarya originaram-se de bactérias ancestrais fagocitadas.

Ancestral mitocondrial segundo a filogenia

As mitocôndrias compartilham ancestralidade direta com as alfaproteobactérias.

Ancestral plastidial segundo a filogenia

Os cloroplastos compartilham ancestralidade direta com o filo das cianobactérias.

Hipótese de Asgard e o domínio Eukarya

Evidências genômicas sugerem que o ramo eucariótico surgiu de dentro do clado das arqueias Asgard.

Citoesqueleto em Bacteria

Possui homólogos de tubulina e actina, como as proteínas FtsZ e MreB.

Citoesqueleto em Eukarya

Rede complexa formada por microtúbulos (tubulina), microfilamentos (actina) e filamentos intermediários.

Flagelo em Bacteria

Filamento oco composto pela proteína flagelina, impulsionado por gradiente de prótons (mótor rotativo).

Flagelo em Archaea (Archaelo)

Mais fino que o bacteriano, movido por hidrólise de ATP e semelhante estruturalmente aos pili bacterianos tipo IV.

Flagelo em Eukarya (Cílios/Flagelos)

Estrutura interna organizada em microtúbulos no arranjo 9+2, revestida pela membrana e movida por dineína.

Plasmídeos em Bacteria

Moléculas acessórias de DNA circular autorreplicantes muito frequentes, carregando fatores adaptativos.

Operons no domínio Bacteria

Unidades funcionais policistrônicas comuns para regulação coordenada de múltiplos genes de uma mesma via.

Operons no domínio Archaea

Comuns e policistrônicos, compartilhando essa estratégia regulatória com as bactérias.

Operons no domínio Eukarya

Raros na maioria dos grupos eucariotos; os RNAs mensageiros são predominantemente monocistrônicos.

Fotossíntese no Domínio Bacteria

Oxigênica (cianobactérias) usando clorofila a, ou anoxigênica usando bacterioclorofilas.

Fotorrecepção metabólica em Archaea

Não realizam fotossíntese clássica; halobactérias utilizam a bacteriorrodopsina para bombear prótons.

Relação filogenética entre os três domínios

O domínio Archaea é filogeneticamente mais próximo do domínio Eukarya do que do domínio Bacteria.