Estos son algunos datos históricos referidos a la célula
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Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión FUNDACION BARCELO FACULTAD DE MEDICINA MATERIA = BASES BIOLOGICAS Y ANTROPOLOGICAS DE LA VIDA AREA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR BIOLOGIA CELULAR CELULAS EUCARIONTES – PROCARIONTES – VIRUS 1 1 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 2 BIOLOGIA CELULAR La biología es la ciencia que estudia los seres vivos. Los seres vivos son aquellos formados por células . HISTORIA de la CELULA Estos son algunos datos históricos referidos a la célula 1608 Zacharias Jansen construye un microscopio con dos lentes convergentes. Robert Hoocke (1665) fue el primero en utilizar el término célula refiriéndose a las cavidades que encontró en sus estudios del corcho con el microscopio. En realidad lo que observaba eran espacios vacios donde estaban las células en el tejido vivo rodeadas de la pared celular la cual se conserva a pesar de la desaparición del contenido , y por eso les puso células (celdas) . El término actualmente se utiliza para mencionar el contenido de dichos espacios. Leewenhoeck (1674) fue el primero en observar lo que luego se conoció como bacterias , protozoarios y también descubrió los espermatozoides. Brown (1831) descubre el núcleo celular Purkinje denomino protoplasma a la materia viva. Schleiden (1838) Schwann (1839) enuncian la teoría celular TEORÍA CELULAR: Enunciada por el botánico Schleiden (1838) y el zoólogo Schwann (1839). TODOS LOS SERES VIVOS ESTÁN FORMADOS POR CÉLULAS También incluye los siguientes enunciados: 1-Sólo pueden originarse células por división de otras preexistentes 2-Por lo tanto todas las células tienen antecesores remotos 3-Hay semejanzas fundamentales en la morfología y la fisiología de todas las células. 4-La actividad de un organismo es la suma del conjunto de actividades e interacciones de las células que lo componen. 5-Toda células tiene hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. 6-Toda célula está recubierta por una membrana plasmática La teoría celular es la generalización más amplia y fundamental en biología. No tiene excepciones LEY DE DRIESCH O DEL VOLUMEN CELULAR CONSTANTE: El volumen de una célula es constante e independiente del tamaño del individuo, el cual depende del número de células. 2 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 3 Esto significa que las células del mismo órgano de todas las especies tienen el mismo tamaño, por ejemplo, las células del hígado de todas las especies tienen el mismo tamaño. La diferencia entre el tamaño del hígado de un animal y el de otro, es por el número de células que tienen y no, entonces, por el tamaño. COMPOSICION QUIMICA DE LOS SERES VIVOS 1-ELEMENTOS PRIMARIOS: Son los que se encuentran en mayor cantidad: C (carbono) H (hidrógeno) O (oxigeno) N (nitrógeno) En una cantidad algo menor se encuentran también otros elementos como el calcio y el fosforo. 2-ELEMENTOS SECUNDARIOS: Se encuentran en menor cantidad, pero en más del 1 % del peso corporal Ejemplos: Na – K - Cl 3-OLIGOELEMENTOS: se encuentran en menos del 1 % del peso del cuerpo, pero son indispensables para el funcionamiento de ese organismo. Ejemplos: Cu - Zn - Co – I CÉLULAS PROCARIOTICAS Y EUCARIOTICAS: Existen dos tipos de células distintas, las procarioticas y las eucarioticas. Las procarioticas o procariontes o procariotas son más primitivas y son la minoría. Los eucariontes o eucarioticas o eucariotas son más evolucionados En la siguiente tabla resumimos las diferencias entre procariontes y eucariontes CARACTERÍSTICAS ENVOLTURA NUCLEAR CROMOSOMAS PROCARIOTICAS no 1 EUCARIOTICAS si varios NUCLEO ADN DIVISIÓN RIBOSOMAS MITOCONDRIAS ENDOMEMBRANAS ENDO/EXOCITOSIS NUCLEOLO APARECIERON HACE no sólo amitótica Mas chicos no no no no 3.000 en millones de años si unido a proteínas mitótica Mas grandes Si si si si 1.000 3 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 4 Las células procarioticas son las que constituyen los organismos del reino de las moneras, integrado por las bacterias y las algas azul verdosas. Las células eucarioticas integran los organismos del reino protistas , que son los protozoarios y las crisofitas ; el reino de los hongos , donde se encuentran los mohos y los hongos verdaderos ; el reino vegetal o metafitos y el reino animal o metazoos (clasificación de los reinos de Whitaker). CLASIFICACIÓN DE DE LOS REINOS DE SERES VIVOS REINO MONERAS PROTISTAS FUNGI PLANTAE ANIMALIA EJEMPLOS bacterias Protozoarios hongos vegetales animales CÉLULAS procariontes eucariontes eucariontes eucariontes eucariontes Clasificación o taxonomía de los animales en orden evolutivo a- Invertebrados Son animales que carecen de huesos se clasifican en: 1. Poríferos.- Animales acuáticos, su cuerpo es cubierto por poros, viven adheridos en el fondo del mar. Ejemplo: esponjas. 2. Celenterados.- Animales acuáticos en aguas dulces y marinas, viven en colonias, a cada individuo se le llama zooide. Presentan células urticantes. Ejemplos: corales, medusas 3. Platelmintos.- Son gusanos planos, libres o parásitos, hermafroditas, se reproducen por medio de huevecillos y algunas parasitan al hombre. 4. Nematelmintos.- Son gusanos redondos y lisos, unisexuales, su aparato digestivo es completo y abierto, todos son parásitos. Ejemplo: lombriz intestinal, filaria, triquina. 5. Anélidos.- Son gusanos redondos y segmentados, a cada segmento se le llama metalero, pueden ser acuáticos o terrosos, construyen galerías son hermafroditas con fecundación cruzada. Y se reproducen por medio de huevo. Ejemplo: lombriz, sanguijuela. 6. Artrópodos. Son animales que ya presentan su cuerpo dividido en cabeza, tórax, abdomen y patas articuladas. a. Insectos.- Animales que presentan 3 pares de patas, 2 antena, 2 o 4 alas y sufren metamorfosis. Ejemplo: mosca, mariposa. b. Arácnidos.- presentan dos pedí-palpos que son estructuras para capturar a sus presas, tienen 4 pares de patas, su cabeza está unida al tórax y viven en las regiones áridas. Ejemplo: araña, escorpión. 4 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 5 c. Crustáceos.- Su cuerpo está cubierto por una cabeza, tienen 4 pares de patas y 2 pares de antenas, se reproducen por medio de huevos. Ejemplo: camarón, cangrejo. d. Miriápodos.- Son animales de cuerpo aplanado y divididos en segmentos, presentan un par de patas en cada segmento. Ejemplo: ciempiés, 7. Moluscos.- Animales acuáticos o terrestre, su cuerpo es blando, algunos tienen tentáculos. Se reproducen por medio de huevo. Ejemplo: pulpo, caracol. 8. Equinodermos.- Son acuáticos y marinos, su cuerpo presenta cinco ejes, viven en el fondo del mar y pueden adherirse a las rocas. Ejemplo: estrella de mar, erizo. b. vertebrados Son animales pluricelulares que poseen columna vertebral, se clasifican en: a. b. c. d. e. 5 Peces.- Son acuáticos, su cuerpo cubierto por escamas, sus extremidades se llaman aletas, su respiración es branquial, acrecen de párpados, presentan vejiga natatoria que permite su estabilidad. Anfibios.- Viven en 2 medios, tienen 4 extremidades que terminan en 4 o 5 dedos cada unas, su piel está cubierta por viscosidad, son unisexuales, ovíparos y sufren metamorfosis. Ejemplo: rana, sapo, salamandra. Reptiles.- Su cuerpo cubierto de escamas o caparazón, sus patas son muy cortas o carecen de ellas, por esta razón se arrastran, su respiración es pulmonar, son ovíparos, algunos son venenosos o inyectan ponzoña al hombre. Aves.- Su cuerpo cubierto de plumas, sus maxilares se llaman pico, sus huesos de las alas son huecos, sus patas están adaptadas al caminar, nadar, a la carrera. Su respiración es pulmonar y todos son ovíparos. Mamíferos.- cuerpo cubierto de pelo, presentan glándulas mamarias que en las hembras producen leche para alimentar a sus crías, es vivíparo, su respiración es pulmonar, sus extremidades: uña, pezuña, garra; su alimentación es variada, pueden ser acuáticos y terrestres y son los seres más evolucionados. Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 6 MÉTODOS DE ESTUDIO DE LA CÉLULA: El conocimiento de la célula se desarrollo gracias a la invención de instrumentos especializados que consiguen aumentar las imágenes y diferenciar como separados dos puntos aunque estos estén muy cerca. Este es el concepto del llamado límite de resolución, que es la mínima distancia que separa dos puntos para que estos se vean separados y no como uno sólo. Cuando menor el límite de resolución de un sistema de observación, mejor será su capacidad para estudiar las estructuras. Comparemos los límites de resolución de algunos sistemas de observación: MICROSCOPIO LÍMITE DE RESOLUCIÓN ___________________________________________ ÓPTICO 0,25 u ___________________________________________ ELECTRÓNICO 5 a 10 A ___________________________________________ OJO HUMANO 100u (0,1 mm) ___________________________________________ Esto significa que, por ejemplo, el ojo humano ve dos puntos separados cuando la distancia que los separa es mayor de 100 micrones. Si los dos puntos están separados por una distancia menor, se verán como uno sólo. Como las células son menores de 100 u, no se ven con el ojo. Nótese que cuanto menor es el límite de resolución, mayor es la capacidad de estudio del sistema. Microscopio óptico y electrónico El microscopio óptico se basa en que el objeto, que se encuentra en un portaobjetos de vidrio, es atravesado por la luz proveniente de una lámpara o luz solar. Las imágenes se forman por que los rayos luminosos atraviesan lentes de vidrio, que debido a las leyes de la refracción, forman una imagen que es la que se observa directamente con el ojo. El microscopio electrónico se basa , en cambio , en que el objeto es atravesado por una rayo de electrones provenientes de una cañón de electrones , formado por un filamento emisor de los mismos , que puede ser de tungsteno , el cual es sometido a altos voltajes. El objeto debe estar en un tubo al vacio para poder ser atravesado por los electrones, y el portaobjeto en el que se encuentra no puede ser de vidrio, ya que este no es un material que los electrones puedan atravesar, por lo que debe ser de otros elementos, como los que se mencionan en el cuadro. Las imágenes se forman por la acción de bobinas electromagnéticas que modifican la trayectoria de los rayos de electrones y son proyectadas sobre una placa fotográfica o un tubo de rayos catódicos, similar a un televisor, ya que el ojo se destruiría si los electrones se dispararan sobre él. 6 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión MICROSCOPIO MECANISMO UTILIZA AUMENTOS COLOR FIJACION INCLUSION CORTE COLORACION MONTAJE ÓPTICO DISPERSION DE RAYOS DE LUZ LENTES DE VIDRIO 500 A 1.500 SI FORMOL PARAFINA MICROTOMO SI PORTAOBJETOS DE VIDRIO 7 ELECTRÓNICO DISPERSION DE ELECTRONES BOBINAS ELECTROMAGNÉTICAS 30 MIL A 1 MILLON NO GLUTARALDEHIDO RESINAS ULTRAMICROTOMO CONTRASTANTES GRILLAS DE METAL O PLASTICO MÉTODOS DE ESTUDIO: IN VIVO: la célula permanece viva IN SITU (VITAL): la célula se estudia sin ser sacada de su lugar IN VITRO (SUPRAVITAL): la célula se saca de su lugar natural POST MORTEM: se estudia la célula muerta. TECNICA HISTOLOGICA Es el procedimiento por el cual se realizan las preparaciones para estudiar las células con el microscopio. PASOS DE LA TÉCNICA HISTOLÓGICA I. FIJACIÓN. II. INCLUSIÓN. III. MONTAJE. IV. COLORACIÓN. V. MONTAJE FINAL. I.FIJACIÓN: Tiene por objeto producir la muerte de la célula y conservarla, buscando en lo posible no alterar su morfología. El fijador más común es el formol II.INCLUSIÓN. El objetivo es hacer un bloque sólido de material a estudiar. Antes de cortar la pieza se le debe dar consistencia, para que los cortes puedan hacerse lo más delgados que sea posible. 7 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 8 El material de inclusión más común es la parafina III: CORTE Consiste en cortar la pieza en láminas delgadas y ponerla sobre un portaobjetos. El aparato con el que se corta se denomina micrótomo IV.COLORACIÓN: Colorante es una sustancia que es capaz de darles su color a otras, ó que puede fijarse a algún elemento permitiendo su identificación. La coloración más común se realiza con dos colorantes = hematoxilina (azul) y eosina (rojo) V. MONTAJE: Se pone el preparado histológico sobre un portaobjetos y se cubre con un cubreobjetos. CICLO CELULAR: La vida de la célula comienza cuando esta se origina y termina cuando muere o se divide para formar células hijas. La serie de eventos que ocurren desde que la célula nace hasta que origina células hijas, se denomina ciclo celular. Por lo tanto el ciclo celular puede dividirse en dos grandes partes: la división celular y el periodo en el cual la célula no se está dividiendo, equivocadamente llamado periodo de reposo, que se denomina interfase. La interfase se divide en tres periodos llamados G1, S y G2. El periodo G1 se extiende desde que la célula se origina hasta que comienza la duplicación del ADN de la misma. El periodo S es durante el cual se produce dicha duplicación del ADN. El periodo G2 es el que va desde el fin de la duplicación o síntesis de ADN hasta que la célula se divide. S y G2 son periodos relativamente constantes en su duración. G1, en cambio, es muy variable, pudiendo ser el único periodo en que se encuentre una célula durante toda su vida. La permanencia indefinida en G1 de una célula se denomina G0 .Una célula que se encuentra en G0 no avanza en el ciclo celular , no pasa nunca al periodo S , ni al G2 , y por lo tanto no se divide . Está "condenada" a permanecer siempre en G1. Este es el caso de la neurona. El individuo humano nace con un número de neuronas determinado y no pueden originarse nuevas neuronas después del período embrionario, de modo que las que mueren, ya sea por envejecimiento o por patología, no pueden ser repuestas, y las consecuencias de esa muerte de neuronas, ya sea parálisis u otras alteraciones, no pueden ser solucionadas en este momento de la ciencia. 8 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 9 Regulación del ciclo celular Comenzando a partir de la citocinésis, la célula hija resulta pequeña y posee un bajo contenido de ATP resultante del gasto experimentado en el ciclo anterior. La acumulación del ATP necesario y el incremento de tamaño acontecen durante el intervalo (en inglés: gap) G1 de la interfase, la parte más larga del ciclo celular. Cuando adquiere el tamaño suficiente y el ATP necesario comienza la fase S, la célula sintetiza ADN (replicación del ADN) proceso que da como resultado final "un original y una copia" del ADN, destinadas a las dos células que se originan del proceso. Dado que el proceso de síntesis consume una gran cantidad de energía la célula entra nuevamente en un proceso de crecimiento y adquisición de ATP la fase G2. La energía adquirida durante la fase G2 se utiliza para el proceso de mitosis. La regulación del ciclo ocurre de diferentes formas en las distintas células. Algunas de se dividen rápidamente, otras como la mayor parte de las células nerviosas pierden la capacidad de dividirse una vez que llegan a la madurez. Algunas, como las células hepáticas, conservan, aunque no la utilizan, su capacidad de división. Las células del hígado se dividen si se remueve parte del hígado y su división continúa hasta que el hígado retorna a su tamaño normal. 9 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 10 Factores ambientales tales como cambios en la temperatura y el pH, disminución de los niveles de nutrientes llevan a la disminución de la velocidad de división celular. Cuando las células detienen su división generalmente lo hacen en una fase tardía de la G1 denominado el punto R (por restricción). La regulación del ciclo celular se efectúa por medio de factores externos, como moléculas llamadas factores de crecimiento y nutrientes. El tamaño celular también es un factor primordial en esta regulación. En la fase G1 se encuentra el punto START o PUNTO DE RESTRICCION, que regula el paso a la fase S. Otros puntos de control en G1, S y G2 verifican que se transmitan todos los genes a las células hijas y que no se transmita ADN dañado o sin copiar. En ese caso, se detiene el ciclo, por lo que se llaman puntos STOP. Un punto de control en M verifica que estén los cromosomas correctamente distribuidos en las dos células hijas al final de la mitosis. Descripción de los factores reguladores Las células normales se reproducen en respuesta a una " cascada" de señales que les envían los factores de crecimiento externo y detienen su división en respuesta a factores inhibidores que, obviamente, actúan también por medio de una cascada de señales. Reloj molecular Basados en las investigaciones realizadas en huevos de anfibios los investigadores imaginaron la existencia de un " reloj central bioquímico" u oscilador que "instruye" a los núcleos acerca de las funciones a cumplir para controlar las fases de la división. El "reloj", formado por un conjunto de proteínas nucleares que interaccionan entre sí, integra los mensajes provenientes de las cascadas estimuladoras e inhibidoras y, si prevalece la cascada estimuladora, pone en marcha el programa de división células. Para programar estos sucesos el " reloj del ciclo celular" se vale de diversas moléculas proteicas. Los dos " engranajes " moleculares de este reloj son Las ciclinas Las quinasas (las CDK) Estos "engranajes" se asocian entre sí e inician los "movimientos" que llevan a comenzar los diferentes estadios del ciclo celular. Por ejemplo en la G1 temprana las ciclinas del tipo D se unen a la CDK4 o CDK6 y el complejo resultante "libera" el freno que impedía la progresión hacia la G1 tardía y, por lo tanto, el pase a la fase S (el complejo ciclina D- CDK4/6 desarma un potente inhibidor de la progresión del ciclo: el formado por la proteína pRB y los factores de transcripción inactivos). La progresión del ciclo depende en gran medida de que se alcancen niveles elevados de ciclinas, a saber en la siguiente secuencia: 1. 2. 3. 4. 10 Ciclina D Ciclina E Ciclina A Ciclina B Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 11 El punto R Un instante crucial del ciclo es el que ocurre en el punto R (por restrictivo) de la fase G1 momento en el cual la célula decide si debe o no avanzar en la prosecución del ciclo. La "llave" de este paso es un conmutador molecular que pasa de "apagado" a "encendido”. El mecanismo es el siguiente Las ciclinas D y E aumentan su nivel. A medida que sube el nivel de las ciclinas, las mismas se combinan con quinasas dependientes de ciclinas (es decir enzimas fosforilantes cuya actividad depende de los niveles de ciclinas). Las quinasas activas transfieren fosfatos del ATP a la proteína pRB (el "freno" del ciclo celular) Cuando el complejo ciclina-quinasa añade suficientes fosfatos a la pRB, la misma libera los factores de transcripción que actúan sobre los genes Los genes estimulados producen proteínas necesarias para que avance el ciclo celular Si la pRB no esta fosforilada "secuestra" (es decir permanece unida) a otras proteínas claves para la prosecución del ciclo: los factores de transcripción, en otras palabras, mantiene la llave en "apagado". Otro inhibidor de CDK, la proteína p21 actúa a lo largo de todo el ciclo celular La p21 está bajo el control de la denominada: "proteína supresora de tumores", la hoy famosa p53, que entre sus múltiples efectos pueden mencionarse: Control de la integridad del ADN Terminación correcta de la diferente fase del ciclo Detención del "crecimiento celular" (duplicación celular) o senescencia Puesta en marcha del suicidio celular o apoptosis, cuando existe daño en el ADN o los sistemas de control se desregulan. Es necesario señalar que existe un mecanismo destinado a "contar" el número de duplicaciones de una población celular, el mismo se encuentra presente en los extremos de los cromosomas en los segmentos denominados telómeros, estos telómeros se acortan un poquito cada vez que el cromosoma se replica. Cuando la disminución sobrepasa cierto límite suena una "alarma" que hace que las células entren en senescencia. 11 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 12 BACTERIAS Son organismos unicelulares procariontes. Miden entre 1 y 10 micrones Son cosmopolitas, ya que se los encuentra distribuidos en todo el planeta. Solamente en las capas superficiales del suelo existen 100.000 bacterias por centímetro cubico. Esto se debe a que por su gran capacidad reproductora y su fácil adaptación al medio han conseguido un gran éxito biológico y es raro el lugar donde no se las encuentre. Abundan en el aire, en líquidos y en el interior y exterior de los organismos animales y vegetales. Se clasifican como organismos procariontes por su estructura celular. Pertenecen al reino de las moneras CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS BACTERIAS La célula bacteriana presenta los siguientes elementos 1- Membrana celular. Es similar en su estructura a la de las células eucariontes. Sin embargo, a diferencia de ellas químicamente es distinta, ya que tiene las enzimas de la cadena respiratoria, que en el caso de las células eucariontes, se encuentran en la membrana interna de la mitocondria. 2- Pared celular rígida situada por fuera de la membrana plasmática. La pared celular tiene función mecánica. Presenta unos poros formados por una proteína llamada porina por los cuales entran y salen las moléculas. Entre la pared celular y la membrana plasmática hay una red de proteoglicanos, que son hidratos de carbono unidos a proteínas. La diferencia de composición bioquímica de las paredes de dos grupos de bacterias es responsable de su diferente comportamiento frente a un colorante formado por violeta de genciana y una solución yodurada (coloración Gram). Se distinguen las bacterias grampositivas (que tienen el Gram después de lavarlas con alcohol) y las gramnegativas (que pierden su coloración 3-Capsula formada por mucopolisacáridos, ubicada por fuera de la pared celular 4-Carecen de mitocondrias 5-Carecen de Retículo Endoplásmico tanto liso como granular y de aparato de Golgi 6-Los ribosomas están libres en el citoplasma y son más chicos que los de las células eucarioticas, midiendo 250 A 7-Carecen de envoltura nuclear. El ADN por lo tanto está en el citoplasma en una región determinada llamada ANALOGO NUCLEAR. El ADN bacteriano es una sola molécula circular de 1 mm de largo, conteniendo los genes de la bacteria que son 2.500 aproximadamente. El ADN o cromosoma esta unido a la membrana plasmática a nivel del mesosoma. 8-Algunas bacterias tienen flagelos, que pueden ser únicos, como en el Caso del vibrión colérico que produce el cólera, o pueden tener muchos Como la bacteria causante de la fiebre tifoidea. 9-La membrana plasmática que rodea a las bacterias está plegada en forma compleja hacia el interior, formando pliegues llamados mesosomas, que contienen las enzimas respiratorias que se encuentran en las crestas mitocondriales de las células eucarioticas. Existen bacterias fotosintéticas que tienen unos corpúsculos denominados cromatóforos, formados por tilacoides similares a los cloroplastos, conteniendo un pigmento especial, la bacterioclorofila. 12 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 13 Algunas bacterias tienen pequeñas moléculas de ADN en el citoplasma, independientes del cromosoma, llamadas plásmidos o episomas. Estas moléculas de ADN tienen genes que dan a la bacteria propiedades como la resistencia a los antibióticos. El episoma se puede transferir a otra bacteria por lo cual le pasa la resistencia al antibiótico. Los episomas se utilizan en ingeniería genética por esa propiedad que tienen de ser transferidos de una célula a otra. Espora bacteriana. Ciertas bacterias grampositivas pueden sintetizar un órgano de resistencia que les permite sobrevivir en condiciones más desfavorables, y se transforma de nuevo en una forma vegetativa cuando las condiciones del medio vuelven a ser favorables. Esta espora, bien estudiada gracias a la microscopia electrónica, contiene la información genética de la bacteria la cual está protegida mediante dos cubiertas impermeables. Se caracteriza por su marcado estado de deshidratación y por la considerable reducción de actividades metabólicas, lo que contrasta con su riqueza enzimática. La facultad de esporular está sometida a control genético y ciertos gérmenes pueden perderla. La germinación de las esporas es siempre espontánea. Da lugar al nacimiento de una bacteria idéntica al germen que había esporulado. 13 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 14 CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS DE ACUERDO A SU FORMA 1- BACILOS 2- COCOS 3- ESPIRILOS Y ESPIROQUETAS 1- BACILOS Tienen forma de bastones, pudiendo estar aislados o formando largas cadenas, como el bacilo del Carbunco. Ejemplos de enfermedades transmitidas por bacilos Tuberculosis - lepra Difteria - tétanos 2-COCOS Tienen forma esférica. De acuerdo a la disposición que tengan se clasifican en ________________________________________________ DISPOSICION NOMBRE EJEMPLO ENFERMEDAD ____________________________________________________________ DE DOS diplococo gonococo gonorrea neumococo neumonía ____________________________________________________________ FORMANDO CADENAS estreptococo fiebre reumatica/escarlatina ____________________________________________________________ FORMANDO RACIMOS estafilococo infecciones en piel ____________________________________________________________ 3- ESPIRILOS Y ESPIROQUETAS : ____________________________________________________________ COMA o espirilos vibrio coma cólera POCAS ESPIRAS ____________________________________________________________ MUCHAS espiroqueta treponema sífilis ESPIRAS pálido ____________________________________________________________ Nutrición de las bacterias : a- heterótrofa: La mayor parte son heterótrofas y deben utilizar alimento orgánico sintetizado por otros organismos, ya que no son capaces de sintetizarlo por si mismas. La obtención de dicho alimento puede hacerse por varios mecanismos: 1- saprofitas: viven sobre materia orgánica muerta. Tienen vida libre. 14 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 15 2- comensalismo 3- simbiosis 4- parasitismo b- autótrofa: Son las bacterias que pueden sintetizar su propio alimento orgánico a partir de sustancias inorgánicas. Pueden ser: 1- fotosintéticas: son las bacterias purpureas y las sulfobacterias. Utilizan luz de tipo infrarrojo, por lo cual pueden hacer fotosíntesis sin que exista casi, luz visible. 2- quimiosintéticas: utilizan la energía de ciertos compuestos orgánicos al oxidarse. Las bacterias, de acuerdo a la utilización del oxigeno pueden clasificarse en: 1- aerobias: necesitan oxigeno 2- anaerobias: no necesitan oxigeno. Dentro de ellas existen las a- anaerobias estrictas: no sólo no utilizan oxigeno sino que, además, cuando lo hay no pueden vivir, el oxigeno es un veneno para ellas. Ejemplos: bacterias productoras del tétanos y la gangrena gaseosa. b- anaerobias facultativas: no utilizan el oxigeno, pero si hay, no les afecta y hasta pueden aprovecharlo. Reproducción de las bacterias: Se reproducen por un mecanismo asexual de división celular simple o amitosis. La división de algunas bacterias es muy rápida, ya que en 14 horas por ejemplo pueden formar 250.000 descendientes. Sin embargo, con este tipo de reproducción, la única posibilidad de una bacteria para adquirir nueva información seria por mutación del ADN. Existen otros mecanismos de pasaje de información genética de una bacteria a otra, para compensar esa poca variabilidad genética de la reproducción asexual. Consisten en el pasaje de información de una bacteria a otra de la misma generación (hermanas) , llamado mecanismo parasexual de transmisión genética. Mecanismos parasexuales de transmisión genética bacteriana Existen tres formas de transmisión parasexual : a- la transformación : evidenciada por Griffith , se demostró que dicho fenómeno se debía a que fragmentos de ADN de una bacteria , libres en el medio , podían atravesar la membrana celular de otra bacteria y sustituir fragmentos homólogos de su cromosoma , cambiando la información genética de la bacteria "aceptora". De esta manera , si se extrae ADN de una bacteria virulenta , con capsula , y se lo mezcla con bacterias no virulentas , sin capsula , algún fragmento del ADN con los genes de la virulencia , pueden atravesar la membrana de la bacteria no virulenta e insertarse en el cromosoma de ella , transformándola en virulenta. 15 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 16 b- la conjugación unidireccional: Es un proceso por el cual una bacteria , llamada "dadora" transmite una réplica de su material genético a otra bacteria que lo recibe , llamada "aceptora". La característica que confiere a las bacterias la capacidad de ser dadoras es la presencia del llamado factor F , una molécula de ADN de 100.000 nucleótidos que se encuentra libre en el citoplasma (bacterias F+) , o integrado al cromosoma (bacterias Hfr). La bacteria que no tiene el factor F (F-) es receptora. El factor F , cuando está suelto en el citoplasma es un plásmido o episoma. La bacteria que tiene factor F tiene unos filamentos llamados pelos sexuales , que le permiten hacer un puente con otra bacteria que no los tenga , por el que puede pasar ADN. Si una bacteria Hfr se une con una F- le pasa el factor F y algo de ADN de su cromosoma , ya que está todo junto , transformando a la bacteria en dadora y al mismo tiempo , dándole genes que pueden sustituir los de la bacteria que los recibe , cambiando sus características genéticas. Si una bacteria F+ se une con una F- , sólo le pasa el factor F , transformándola en dadora o F+. Hay otros plásmidos de importancia , como los factores R , que confieren a la bacteria resistencia a ciertos antibióticos , la cual puede pasar de una bacteria a otra que no lo tenga. 16 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 17 c- la transducción: es otra forma de transferir información entre bacterias , en la que un virus actúa como transportador de la molécula que se transfiere. RICKETTSIAS : Son microorganismos causantes de enfermedades humanas , con una estructura similar a la de las bacterias desde el punto de vista celular , pero con características que las asemejan a los virus , ya que son parásitos intracelulares obligatorios , no se pueden reproducir si no es dentro de células vivas. Tienen un tamaño intermedio entre bacterias y virus. Se ven con el microscopio óptico. Ejemplos de enfermedades transmitidas por rickettsias : el tifus , que es producido por una rickettsia y transmitido por la picadura de un piojo. La fiebre de las montanas rocosas (EEUU) es producida por una rickettsia y transmitida por la picadura de una garrapata. MICOPLASMAS Son organismos que se asemejan a las bacterias , pero de menor tamaño y sin pared celular. El tamaño es similar al de los virus. Miden 0,1 a 0,2 micrones. Esto equivale a una masa mil veces menor a la de una bacteria y un millón de veces menor que una célula humana. Se consideran las formas de vida más simples que existen , ya que son del tamaño de los virus , pero son células y por lo tanto seres vivos VIRUS Hasta fines del siglo XIX se había avanzado en la etiología de muchas enfermedades infecciosas, sin embargo, quedaban una gran cantidad de enfermedades en el hombre, animales y plantas sin identificar el agente causal. A lo largo del siglo XX se descubrieron a los virus como causantes de enfermedades infecciosas para las cuales no se había encontrado una bacteria, hongo o protozoario como agente responsable. Fue el desarrollo de nuevas técnicas como los cultivos celulares, el mejoramiento en microscopía y el advenimiento a fines del siglo XX de técnicas de Biología Molecular, que han permitido no sólo aislar e identificar agentes virales, sino además un avance extraordinario en el conocimiento a nivel molecular en detalle de la biología de los mismos CARACTERISTICAS GENERALES Las primeras características diferenciales de los virus con otros agentes fueron: el tamaño estimado por su capacidad de atravesar filtros que retienen a las bacterias y la incapacidad para reproducirse en medios biológicos inertes (como medios de cultivos para bacterias), requiriendo para su propagación de animales o cultivos celulares. Hoy día se sabe que estas características no alcanzan para diferenciar a los virus de otros agentes biológicos, ya que existen bacterias cuyo tamaño puede ser similar al de los virus más grandes, y que otros agentes como Chlamydias y Rickettsias, también son parásitos intracelulares obligatorios Los virus no son seres vivos 17 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 18 La organización y composición de las partículas virales ofrecen por si características diferenciales importantes con otros agentes. Los virus poseen un solo tipo de ácido nucléico de tamaño relativamente pequeño con respecto a otros agentes biológicos, rodeado por una cáscara o cápside formada por numerosas copias de una proteína o de un número limitado de ellas. Algunos grupos de virus presentan por fuera de la cápside una envoltura lipídica de origen celular en la que se insertan glicoproteínas. No presentan sistemas enzimáticos propios, por lo que por sí solos no son capaces de replicarse y requieren para su propagación y mantenimiento de células animales, vegetales o bacterias para cumplir su ciclo de reproducción, lo que define su parasitismo celular obligatorio. Además de su estructura tan simple y particular el modo de reproducción de los virus tal vez sea la característica que justifica que tengan un lugar propio en la escala biológica. A diferencia de lo que sucede con las células, en el momento de su multiplicación, los virus no aumentan de tamaño para su posterior división, por el contrario, la partícula viral es desintegrada y luego sintetizada en cada uno de sus componentes para luego reunirse por ensamblaje. Esta forma tan peculiar de multiplicación en la cual se producen réplicas del virus progenitor es conocida con el nombre de replicación viral, y diferencia claramente a este fenómeno del proceso de división celular utilizado por procariotas y eucariotas. 18 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 19 Viroides Son virus extremadamente simples constituidos por ARN circular de muy bajo peso molecular, sin cápside protectora. Producen enfermedades hasta el momento exclusivamente en plantas. Provirus El genoma viral se puede integrar al genoma celular por un proceso de recombinación genética, directamente en los virus ADN o previa transcripción inversa en el caso de virus con ARN. El genoma viral integrado al genoma celular recibe el nombre de provirus. Priones. Ciertos agentes de afecciones degenerativas del sistema nervioso central del hombre han sido clasificados como virus no convencionales, ya que no ha sido posible determinar la presencia de estructura similar a virus en el material infectante ni el tipo de ácido nucléico de estos agentes. Son agentes extremadamente resistentes a sustancias que inactivan los virus comunes, y algunos han propuesto que corresponderían a viroides patógenos del hombre. Los priones han sido descriptos en los últimos años como causantes de muchas enfermedades del sistema nervioso comentadas anteriormente, principalmente el llamado scrapie en el ganado ovino y la encefalopatía espongiforme bovina BSE o comúnmente conocida como síndrome de la"vaca loca". En el hombre serían los agentes relacionados con la enfermedad de Creutzfeld-Jacob y Kuru. Estos agentes son estructuralmente más simples que los virus aun, pues estarían formados únicamente por proteínas. Cuando se descubrieron estos agentes, parecía que se podía producir una gran revolución en el conocimiento de la Biología ya que la idea de que una proteína pudiera autoreplicarse estaría en contradicción con el dogma central de que la información genética es transmitida en el sentido ácido nucléico a proteína. El hallazgo de los priones y el avance en el conocimiento de su biología podrán dilucidar probablemente muchas enfermedades aún sin resolver. Muchas son las investigaciones que se realizan en estos momentos y las hipótesis propuestas para explicar la Biología y permanencia de estas proteínas extremadamente resistentes a sustancias que inactivan los virus comunes. Virión : partículas virales o virus potencialmente infecciosos. MORFOLOGIA Y ESTRUCTURA DE LOS VIRUS TAMAÑO Y FORMA La caracterización de los virus que han sido estudiados ha permitido observar la gran variedad en el tamaño y forma que estos poseen. Es así, que se puede observar un tamaño entre 28 nm en los virus más pequeños denominados precisamente picornavirus (pico de pequeño) hasta 300 nm en los virus más grandes que se conocen como son los poxvirus La forma es también muy variada entre los diferentes virus, pudiéndose observar formas icosaédricas o helicoidales en virus que no tiene envoltura por fuera de la cápside hasta formas esféricas, filamentosa o pleomórficas en los virus con envoltura o muy complejos como el virus de la rabia La forma de los virus está determinada por la disposición de los capsómeros clasificándose en : a- helicoidales : los capsómeros se disponen en hélice y el ácido nucléico se encuentra entre las vueltas de la misma. Ejemplo : virus del mosaico del tabaco , de la gripe 19 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 20 b- poliédricos : la cápside tienen forma de poliedro , con frecuencia de icosaedro . Ejemplo : virus de la polio , virus de las verrugas. c- combinados : tienen una cabeza poliédrica y una cola helicoidal . Ejemplo : bacteriófagos (son los virus que parasitan sólo células bacterianas). ESTRUCTURA Como ya se mencionó anteriormente la estructura de un virus está basada en su simplicidad, a pesar de esto existe diversidad, lo que es utilizado para la clasificación de los virus. 1- Virus desnudos: La estructura de los virus más simples está compuesta por un solo tipo de ácido nucléico (ADN o ARN) rodeado de una cáscara proteica que se denomina cápside (del griego capsa que significa caja) que resulta de la reunión de subunidades proteicas codificadas por el genoma viral que se ensamblan basados en principios geométricos y pueden determinar diferentes tipos de simetrías (icosaédricas o helicoidal, principalmente) Esta estructura básica de ácido nucléico y cápside recibe el nombre de nucleocápside y constituye en los virus desnudos la partícula viral completa o virus que se diferencia del término virión el cual es utilizado para aquellas partículas virales o virus potencialmente infecciosas. Cuando se observa al microscopio electrónico una cápside viral, pueden observarse estructuras morfológicas denominadas capsómeros que resultan de la unión por enlaces de las subunidades proteicas. La forma de distribución de los capsómeros así como el número de ellos depende de cada tipo de virus. 2- Virus envueltos: La estructura de las partículas virales del grupo de virus denominados envueltos, está formada además de la nucleocápside por una envoltura que la rodea de origen celular ya que los virus envueltos la obtienen en el proceso de liberación por brotamiento . En dicha envoltura se insertan glicoproteínas de origen viral que reciben el nombre de espículas o glicoproteínas de superficie y que tienen un importante papel de reconocimiento de receptores específicos de la superficie celular en el paso inicial de relación con la célula huésped para la multiplicación viral. Ácidos nucleicos: El ácido nucléico que lleva la información genética y que constituye el genoma viral puede tener varias formas. Como ya se mencionó, una partícula viral tiene en su estructura un solo tipo de ácido nucléico ADN o ARN, pero la forma de estos puede ser de doble o simple cadena ,segmentado o no, circular, lineal ,determinando pues, una gran diversidad, lo cual también es ampliamente utilizado en la taxonomía viral. Entonces : Están compuestos por : 1- ácido nucleico : ADN o ARN , nunca los dos juntos. Puede tener una molécula simple o doble y , en el caso del ADN , esta puede ser además , circular. Ejemplos : Virus de ARN único : virus de la polio Virus de ARN doble: virus de la gastroenteritis del niño Virus de ADN único : infecciones en perros Virus de ADN único circular: bacteriófagos 20 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 21 Virus de ADN doble : herpes Virus de ADN doble circular: verrugas MULTIPLICACION VIRAL Una partícula viral puede encontrarse en dos estados: inactiva o activa. Para demostrar el estado inactivo, basta incluir una suspensión de virus en un medio de cultivo y observar que son incapaces de cumplir actividades metabólicas necesarias para su multiplicación. Se deduce de ello, que los virus carecen como ya se mencionó anteriormente de maquinaria enzimática que les permita autoreplicarse, aun cuando se les brinde nutrientes que serían adecuados para la propagación de las bacterias más exigentes. Pero si una partícula viral es incorporada a células vivas sensibles, se comporta en forma activa, y por lo tanto tomará el comando de la maquinaria enzimática de la célula huésped logrando así su replicación. La multiplicación de los virus animales, vegetales y bacteriófagos resulta similar en sus principios pero, cada una de ellas tiene particularidades; esto basado principalmente en las diferencias entre las células que infectan. El desarrollo del conocimiento sobre la multiplicación de los virus animales ha sido posible por la utilización en el laboratorio de varios sistemas de aislamiento de virus en los cuales se puede estudiar el proceso de multiplicación viral. En un principio fueron animales y huevos embrionados los sistemas más comúnmente usados, pero actualmente esto ha sido casi totalmente sustituido por cultivos celulares, que ha favorecido el conocimiento de las etapas de la multiplicación viral. INFECCION VIRAL Existen dos tipos de infección viral = lítica y lisogénica Una infección lítica culmina con la generación de una progenie viral infecciosa La infección lisogénica no origina nuevos virus , quedando el material infeccioso en la célula huesped Estos procesos requiere una serie de pasos o etapas, las cuales tienen diferencias en los distintos tipos de virus. Las etapas fundamentales de la infección viral son:1. Adsorción2. Penetración3. Denudación4. Latencia5. Replicación6. Maduración7. Liberación 21 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 22 1. Adsorción Intervienen varios factores. Hay una atracción por fuerzas iónicas. A pH 7 los virus y las células tiene cargas negativas de modo que es necesario la presencia de iones positivos, cumpliendo muy eficazmente este requerimiento los iones de Magnesio. Otro factor importante en esta etapa es la interacción de sitios específicos de la partícula viral con receptores celulares específicos. Esto determina la especificidad de algunos virus para crecer en células de origen específico, por ejemplo, el virus de polio sólo puede crecer en células de origen humano y de primates. Otros virus presentan estructuras especializadas en su superficie que les permiten cumplir con esta etapa de forma muy especializada. Estas estructuras son glicoproteínas las cuales reconocen receptores celulares específicos y se pueden aislar hoy día esos elementos en forma de complejos virus-célula. 2. Penetración La penetración de los virus una vez adsorbidos, puede realizarse de varias maneras a. Por viropexis : Es un proceso de fagocitosis, por el cual se produce una invaginación de la membrana plasmática, de modo que el virus queda englobado en una vesícula dentro del citoplasma celular. Es el mecanismo más común de penetración de los virus. b. Por penetración : En algunos, la penetración acontece por un simple cruce de membrana plasmática, así la partícula viral queda directamente incluida en citoplasma. c. Por fusión : Otro tipo de penetración se da por fusión de la envoltura viral con membrana plasmática. También en este caso el virus es directamente incorporado citoplasma. la el la al 3. Denudación En esta etapa se produce la desintegración del virus, dejando libre al ácido nucléico, que comanda su propia replicación y la de las proteínas necesarias para integrar nuevas partículas. La forma en que un virus pierde la cápside y su envoltura, en el caso de tenerla, es característico de cada grupo de virus. En los poliovirus parece existir una integración con los constituyentes celulares, tales como los receptores. En otros virus, como los poxvirus y los reovirus el proceso es más complejo. Los poxvirus pierden parte de su envoltura en las vacuolas fagocíticas, en tanto que un ARNm es sintetizado por una transcriptasa lo que culmina con la producción de una nueva enzima que completa la denudación. Los reovirus penetran en los lisosomas: allí enzimas proteolíticas eliminan la cápside y promueven la transcripción del genoma. 4. Latencia Los fenómenos descritos (adsorción, penetración y denudación) culminan con la desintegración de las partículas, pero no siempre el proceso progresa hasta la replicación viral. Si interrumpimos el ciclo en esta etapa llamada latencia, el ácido nucléico liberado de sus envolturas queda en la célula hasta que en algún momento continúe el ciclo . También puede unirse al ADN de la célula , llamándose “provirus” y permaneces ahí hasta que continúe el ciclo o incorporarse definitivamente al genoma . 22 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 23 Si el proceso normal continúa, comienza la replicación del ácido nucléico y síntesis de las proteínas estructurales y no estructurales necesarias para la producción de virus. 5. Replicación del ácido nucléico La replicación es un fenómeno muy heterogéneo por cuanto existe mucha variedad en los ácidos nucleicos de origen viral; se recordará que hay ADN y ARN muy diferentes, de una o dos hebras, segmentados o no, etc. En todos los casos, el genoma viral es el elemento capaz de gobernar su autoreplicación y de trasmitir la información estructural y funcional a la progenie resultante de una infección. No obstante, la diversidad señalada, intervienen en la replicación elementos comunes que vale la pena destacar, tales como la formación de un ARN mensajero capaz de traducir en el ribosoma celular las proteínas codificadas por el genoma viral. Además, sea cual sea el ácido nucléico, siempre se diferencian dos conjuntos de genes, los precoces y los tardíos. Los primeros serían los encargados decodificar proteínas necesarias para la copia de la molécula de ácido nucléico, y los tardíos encargados de codificar proteínas estructurales y proteínas para el ensamblaje. La replicación puede producirse en el núcleo o en el citoplasma de la célula, y eso dependerá del tipo de ácido nucléico que constituye el genoma viral. Los virus que contienen ARN se replican en el citoplasma, mientras que aquellos que tienen ADN se replican en el núcleo. Los virus ADN sintetizan un ARN mensajero por intermedio de una polimerasa que pasa al citoplasma donde se producirá la síntesis proteica; de estas proteínas algunas tienen funciones estructurales y formarán los capsómeros que al unirse constituirán la cápside. Otras proteínas tendrán funciones enzimáticas, de polímeros, y se introducirán en el ácido nucléico promoviendo la replicación del ADN vírico. Los virus con ARN revisten un interés especial por la diversidad de formas de replicación que existen: esto depende de que ARN pueda actuar como mensajero y se le denomina convencionalmente de polaridad positiva o, por el contrario, que posea una secuencia de bases complementarias del mensajero y se le denomina de polaridad negativa. En los virus con ARN positivo , el ARN sintetiza proteínas que se utilizan para armar la cápside y replicar el virus directamente En los virus con ARN negativo , el ARN primero tiene que sintetizar ADN , por medio de una enzima llamada transcriptasa inversa . Luego ese ADN viral sintetiza proteínas que se utilizan para armar la cápside y replicar el virus 6. Maduración Hay virus cuya única cubierta es la cápside, son virus desnudos, en contraposición a aquellos que poseen envoltura por fuera de la cápside que son los virus envueltos. Es conveniente considerarlos por separado en este punto que significa la culminación en la formación de una progenie viral. Para los virus desnudos, el fenómeno de maduración consiste simplemente en la unión de los capsómeros para formar la cápside y la posterior unión de esta con el genoma viral 23 Dr Eduardo Kremenchutzky – Profesor Titular – Director de Admisión 24 En los virus que poseen envoltura, la maduración es más compleja ya que además de la unión del ácido nucléico con la cápside, el virus debe rodearse de la envoltura. Luego de haberse formado la cáspide, la partícula se aproxima a la membrana plasmática, produciéndose la evaginación de la membrana con el posterior desprendimiento del brote. 7. liberación Se realiza por Brotamiento o gemación autolisis celular. 24