Citoplasma bacteriano
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Citoplasma bacteriano •El citoplasma o el protoplasma es la parte de la célula que está dentro de la membrana citoplasmática. •El citoplasma tiene una consistencia parecida a un gel, compuesto del agua, enzimas, sustancias nutritivas, desechos, y gases y contiene estructuras celulares como ribosomas, cromosoma y plásmidos. •La matriz citoplasmática es definida como sustancias dentro de esta membrana, excluyendo el material genético. Material genético El cromosoma (ADN) bacteriano también llamado nucleoide se encuentra disperso en el citoplasma bacteriano. Este almacena la información genética de las bacterias. Genomas microbianos Lineal Streptomyces coelicolor Circular Pseudomonas aeruginosa En eucariontes: Las histonas son proteínas encargadas de ayudar a empaquetar el ADN formando la cromatina en unidades de nucleosomas http://es.wikipedia.org/wiki/Histona Organización del ADN en bacterias El ADN circular se encuentra super-enrollado y agrupado en dominios por medio de proteínas denominadas histone like. En procariontes: función de proteínas “Histone like” Las proteínas “Histonelike” realizan la modificación topológica del cromosoma (torsión, flexión y plegado) y directamente regulan la función de los promotores de operones individuales. Son críticas para la regulación del metabolismo y están involucradas en la respuesta a los cambios ambientales. Nature Reviews Microbiology 8, 185-195 (March 2010) Proteínas básicas detectadas en bacterias Semejanza con eucariontes Proteína Composición Contenido por células HU Dímero subunidades a y b de 9.000 Da 40.000 dímeros Histona H2A H Dímero subunidades idénticas de 28.000 Da 30.000 dímeros Histona H2B IHF Subunidad a de 10.500 Da Subunidad b de 9.500 Da Desconocido Desconocida H1 Subunidad de 15.000 Da 10.000 copias Desconocida HLP1 Monómero de 15.000 Da 20.000 copias Desconocida P Sububnidad de 3.000 Da Desconocido Protaminas Plásmidos Material genético extracromosómico, se encuentran en citoplasma bacteriano. En general son circulares pero existen algunos lineales. Los plásmidos pueden ser unicopia o multicopia, es decir, algunos pueden reproducirse independientes a la reproducción de la bacteria. Algunos de ellos contienen genes que proporcionan características diferentes a las bacterias, como el plásmido F que puede transferirse a otras bacterias mediante la conjugación o genes para conferir resistencia a antibióticos. Existen plásmidos que se combinan con el ADN cromosómico y se denominan episomas. Plásmidos Los plásmidos son herramientas muy importantes en los estudios de biología molecular, se emplean como vectores de genes para la transformación de células. ARN En la célula existen tres tipos principales de ARN (ácido ribonucleico) •ARNm (mensajero) •ARNt (de transferencia) •ARNr (ribosomal) Modelo animado del ribosoma http://www2.uah.es/biomodel/model1j/rna-prot/ribosoma.htm ARN ribosomal Ribosomas 70s (procariontes) Ribosomas 80s (eucariontes) Subunidad grande 50 S ARN 5 S + ARN 23 S + proteínas Subunidad grande 60 S ARN 28 S + ARN 5,8 S + ARN 5 S + proteínas Subunidad pequeña 30 S ARN 16 S + proteínas Subunidad pequeña 40 S ARN 18 S + proteínas Replicación, transcripción y traducción A diferencia de las células eucariontes, en las bacterias no existen compartimientos, por los que los procesos de replicación de ADN, transcripción (ADN → ARNm) y traducción (ARNm + ARNt + ARNr → Proteínas) ocurren en el citoplasma. Polisomas Los polisomas o polirribosomas son los ribosomas unidos a una molécula de ARN mensajero y que se encuentran sintetizando los péptidos (proteínas). Estas agrupaciones de ARN-proteína son visibles al microscopio electrónico. Inclusiones citoplasmáticas Inclusiones orgánicas Inclusiones polisacarídicas Gránulos de poli-hidroxialcanoatos Inclusiones de hidrocarburos Gránulos de cianoficina Inclusiones inorgánicas Gránulos de polifosfato Glóbulos de azufre Inclusiones citoplasmáticas •Gránulos de polisacáridos Glucógeno Unidades de glucosa que son reserva de carbono y energía que se forma en un exceso de carbono. Inclusiones citoplasmáticas •Inclusiones lipídicas poli-β-hidroxibutirato (PHB) Polímeros de reserva de carbono y energía, su nombre genérico es poli-βhidroxialcanoatos (PHA) que se forman en exceso de carbono. Pueden observarse al microscopio electrónico de transmisión o con colorantes solubles en aceites. Micobacterium, Bacillus, Azotobacter, Spirillum PHB (Poli-betahidroxibutirato) Es una sustancia de tipo lipídico, formada por polímeros del ácido poli-beta-hidroxibutírico, cuya longitud varía entre 4 y 18 unidades. Poly-beta-hydroxybutirato (PHB) en Rhodospirillum sp. PHB en Rhodovibrio sodomensis Inclusiones citoplasmáticas •Gránulos metacromáticos (volutina) Corynebacterium sp Polifosfato Reserva de fosfato que se ponen en evidencia con una tinción con el azul de toluidina, al combinarse con el polifosfato da un color violeta rojizo. Este fenómeno se denomina metacromasia y los gránulos que así se tiñen se denominan generalmente gránulos metacromáticos. Inclusiones citoplasmáticas •Gránulos de azufre Thiomargarita namibiensis Bacterias quimiolitótrofas y fototróficas que oxidan el H2S a Sº, este último forma acumulaciones refringentes y visibles al microscopio. El Sº puede ser oxidado nuevamente para producir SO42- y las inclusiones desaparecen. Inclusiones citoplasmáticas •Cianoficinas Polímero de carbono y nitrógeno que se forma en cianobacterias. Son acúmulos de un copolímero de arginina y aspártico: consta de un núcleo de poliaspártico, en el que todos los carboxilos de las cadenas laterales están unidos con L-arginina. Es el único material de reserva conocido de nitrógeno. Anabaena sp Oscillatoria sp “Orgánulos” citoplásmicos No existen orgánulos procarióticos rodeados de unidad de membrana (salvo los tilacoides de las cianobacterias) Ciertas bacterias presentan orgánulos sin envuelta lipídica: Carboxisomas Magnetosomas Vacuolas de gas Clorosomas (los veremos en fotosíntesis) Inclusiones citoplasmáticas •Carboxisomas Thiobacillus neapolitanus Cianobacterias y Thiobacillus Son acumulaciones de la enzima Ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (RuBisCO)empleada por los microorganismos autótrofos para fijar CO2 mediante el ciclo de Calvin. Inclusiones citoplasmáticas •Magnetosomas Aquaspirillum magnetotacticum Partículas de magnetita (Fe3O4). El alineamiento de los magnetososmas imparte propiedades magnéticas, lo cual se cree orienta a las bacterias en el medio ambiente. Los magnetosomas están rodeados por una membrana que contiene fosfolípidos, proteínas y glicolípidos. Inclusiones citoplasmáticas •Vacuolas de gas Son responsables de la flotación de las células en sistemas acuáticos. Se encuentran en las cianobacterias y bacterias rojas fototróficas de los géneros: Chromatium, Ectothirhodsopira, Rhodobacter y Rhodospirillum. Son estructuras fusiformes, huecas y rígidas, de longitud y diámetro variable, se localizan en el citoplasma desde unas cuantas hasta varios centenares Las vesículas de gas estan constituídas por las proteínas GvpA y GvpC Inclusiones citoplasmáticas •Vacuolas de gas Ancylobacter aquaticus. Microscystis sp. (cianobacteria)
