Clase de estructura II 2016 [Modo de compatibilidad]
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Estructuras de superficie e inclusiones celulares • Son opcionales: producidas por algún tipo de procariotas pero no por otras Flagelos y Movilidad •Movilidad por la mayoría de los microorganismos es llevada acabo por flagelos •En bacterias el flagelo es un filamento largo y fino (15- 20nm). •Tinción especial (precipitación con Ag) •Es una estructura compleja compuesta por diversas proteínas, la mayoría de las cuales están ancladas en la pared celular y en la membrana citoplasmática. • El filamento del flagelo, que está constituido por un solo tipo de proteína rota a expensas de la fuerza motriz de protones que conduce el motor del flagelo. . Flagelos observados con microscopia electrónica Flagelos y Movilidad Flagelo polar (a) (b) los flagelo se ubica a un lado o ambos lados de la célula Flagelos peritricos (e)y (d) Lofotrica los flagelos se insertan en distintas ubicaciones alrededor de la superficie celular Pseudomonas Proteus Flagelo lofotrico Escherichia coli Peritrica Estructura flagelar Forma helicoidal Distancia constante entre cada dos vueltas adyacentes: longitud de onda y es constante para cada microor. El filamento se compone de flagelina Gancho: mas ancha, consta de un tipo único de proteina y une el filamento a la parte motora Motor: anclado en la MP y PC Costa de un eje central que atraviesa una serie de anillos Corpusculo basal: Gram negativas: Anillo L: anclado en el LPS Anillo P: anclado en el PG Anillos MS: anclado en la MP Anillo C: anclado en el citoplasma Gram positivas: Anillos MS: anclado en la MP Anillo C: anclado en el citoplasma Proteínas MOT: ancladas en el citoplasma y son el motor que determina el giro del filamento para propulsar a la celula. Proteinas Fli: conmutador del motor flagelar, invirtiendo la rotación del flagelo en respuesta a señales intercelulares Anillo C Movimiento flagelar •Los flagelos mueven la célula por rotación (motor de bote) •Motor: Flagelo •Rotor: Cuerpo basal: eje central y los anillos: genera movimiento rotatorio •Estator: pMOT, generan la torsión •50 genes implicados en el movimiento •La energía proviene de la fuerza motriz de protones •El flujo de protones se realiza por las proteínas Mot que impulsa la rotación del flagelo (1 rotación /1000 H+) •Alcanzan un movilidad de aproximadamente 60 largos de la célula/s Modelo de turbina de protones: El flujo de H+ a través de Mot (estator) puede ejercer fuerzas electrostáticas sobre las cargas de las proteínas en los anillos C y MS, proteínas ubicadas helicoidalmente. Las atracciones + y – logran que el cuerpo basal rote , a medida que los H+ pasan por el estator. Síntesis de flagelos 1- se sintetiza el MS y C y se inserta en la MP 2- otros anillos 3- gancho 4- Proteina Cap: ayuda a la organización de la flagelina Las flagelina se sintetiza el citoplasma y pasa por un canal del interior del flagelo hasta el otro extremo Tipos de movimiento: Velocidad varia según la fuerza motriz H+ . Lenta, en línea recta y continuada Rápida y giros periódicos Movilidad por deslizamiento •Los procariotas se pueden mover por deslizamiento •No emplea flagelos sino que reptan en forma lineal y lenta (10 µm/seg) •Requiere el contacto entre la célula y una superficie sólida •Desplazamiento desde el centro de la colonia •Células filamentosas o bacilares (cianobacterias, Bacterias Gram negativas y mixobacterias) •Secretan un de polisacárido mucoso (poros secretores) que contacta sobre la superficie sólida (se adhiere y se desplaza por tracción) •Otro : deslizamiento por extensión y retracción de los pelos tipo IV •Otro: deslizamiento por movimiento de proteínas de superficie ancladas en la MC y en la ME que impulsan a la célula con energía de la fuerza motriz de protones En el PG hay enganches que conectan proteínas del citoplasma con proteínas de la ME y las impulsan a lo largo de una superficie solida Filamentos axiales Flagelos internos, ubicados entre la pared celular y la vaina externa de espiroquetas Movilidad Movilidad por deslizamiento Polisacárido mucoso Sistema de respuesta sensoriales: Quimotaxis y Fototaxis Las bacterias móviles pueden responder a gradientes químicos o físicos del ambiente en forma positiva o negativa dirigiendo el movimiento de la célula hacia la molécula señal o en sentido contrario (cambios temporales): Tactismo: movimiento dirigido Quimiotaxis: respuesta a agentes químicos Fototaxis : respuesta a la luz Principalmente, ocurre en bacterias flageladas Proceso de quimiotaxis de una bacteria peritrica En ausencia de un gradiente: movimiento al azar, realizan carreras y se desplazan hacia delante suavemente y volteretas o tumbos (se para), cambia la dirección (girando) al azar. Movimiento sin sentido En presencia de una sustancia atrayente: capta concentraciones mas altas de la sustancia atrayente las cerreras son mas frecuentes y volteretas más escasas Las sustancias atrayentes o repelentes son detectadas por quimioreceptores de membrana que ponen en marcha el proceso de transducción sensorial hasta el flagelo Chemotaxis Appendages Fig 4.6 Medida de la quimotaxis A- Comienzo de la formación del gradiente B- atrayente C- control D-repelente Se cuentan las bacterias en el tubo y se compara con el control. Cinética de la acumulación de bacterias en el tubo capilar Fototaxis: Bacterias fotótrofas que van hacia la luz para el proceso de fotosíntesis Fotorreceptor: detecta el gradiente de luz y lo transmite al flagelo Otros tactismos: Aerotaxis: oxigeno Osmotaxis: fuerza iónica Hidrotaxis: agua Incidencia de luz a través de una preparación microscópica sobre un porta de bacterias fotótrofas móviles . Se acumulan donde sus pigmentos fotosintéticos captan mejor luz Fimbrias ó Pili: estructuras filamentosas y proteicas Fimbrias: Fijación ó adherencia a tejidos animales Formación de biofilms Salmonella Pilis o pelos bacterianos: estructuras filamentosas y naturaleza proteica mas largos que las fimbrias. en gral. no confieren movilidad. pocos sobre la superficie celular. ayudan en la adhesión al epitelio del hospedador (e.g. cornea) y a superficies receptores para algunos bacteriofagos. facilitar la tranferencia génetica: segun estructura y función: Pili tipo IV: movilidad a tirones, movilidad sobre superficies sólidas (Moraxella y Pseudomonas). Conjugación Pelo cubierto con virus Pili Flagelos y fimbrias Glicocalix: material viscoso que no aporta ninguna resistencia estructural Cápsula y capa mucosa: gruesas, finas, rígidas o flexibles dependiendo de su composición e hidratación Glicocálix: material polisacarídico que se extiende alrededor de la célula. Cápsula: matriz rígida que excluye a los colorantes. Mas fuertemente unidas a la PC. Capa mucosa: se deforma fácilmente y suelen desprenderse Formación de biofilms Adherencia a tejidos específicos del hospedador Las bacterias encapasuladas son más resistentes a la fagocitosis •Resisten mejor a la acción de la fagocitosis de las células del sistema inmune •Resistencia la desecación Tinción de cápsulas: Tinción negativa usando tinta china que permite determinar la presencia de cápsulas polisacarídicas, Se ven claras o refringentes ya que excluyen el colorante. Gránulos ó inclusiones celulares: reservas de energía y depósitos de precursores (insoluble) Varían en tamaño, número y contenido. la bacteria los puede utilizar cuando hay depleción de nutrientes Ejemplos: glucogeno, poli-beta-hidroxibutírico, gránulos de azufre y polifosfato Acido poli-beta-hidroxibutirico (poli- betahidroxialkanoatos) •polimeros que actuan como reserva de C y E. •se sintetizan cuando hay un exceso de C •se hidrolizan para biosíntesis de elementos •Carbonados o para fabricar ATP Gránulos de polifosfatos (fosfato inorgánico) que son degradados y utilizados para la síntesis de ac. nucleícos y fosfolípidos Azufre Oxidan compuestos reducidos de azufre como sulfuro y tiosulfatos y se acumula azufre elemental en periplasma H2S S SO4 Magnetosomas ó inclusiones magnéticas: - partículas cristalinas intracelulares de Fe3O4 (magnetita) •dipolo magnético •magnetotaxis: proceso en el que se orientan o desplazan siguiendo un polo magnético Vesículas de gas: para flotación cianobacterias estructura hueca, fusiforme, rígida y llena de gas membrana proteica impermeable al agua y solutos y permeable al gas Proteinas: GvpA (hidrofóbica y rígida)y GvpC, que forman una estructura reticular ENDOSPORA BACTERIANA La endospora bacteriana es una estructura altamente diferenciada producida por ciertas bacterias Gram positivas 20 géneros (Bacillus y Clostridium) Resistentes al calor, desecación, radiación, ácidos y desinfectates químicos Estructura deshidratada que contiene macromoléculas esenciales y dipicolinato de calcio y proteínas ácidas Impermeables a los colorantes. Refringentes Esporangio = célula madre + espora. • Endospores can remain dormant indefinitely but germinate quickly when the appropriate trigger is applied. esporas terminales esporas subterminales esporas centrales Según su diámetro relativo al de cél. cél. madre: Deformantes No deformantes Según su localización dentro del esporangio: Terminales Subterminales Centrales Típicos esporangios deformantes de Clostridium Clostridium:: En palillo de tambor o cerilla (plectridios (plectridios)) En huso (clostridios (clostridios)) a): central no deformante; en b): subterminal no deformante; en c): terminal no deformante; en d): terminal deformante (plectridio, palillo de tambor). No se tiñen por los colorantes normales. Hay que forzar por calor y/o mordientes (por ejemplo, tras teñir con fucsina en caliente, resisten decoloración por alcohol-ClH) Imagen de esporas teñidas con verde malaquita Imagen de esporas teñidas con fucsina en caliente Cuando la bacteria detecta bajos niveles de nutrientes (C, N, P) desencadena el proceso de esporulación La espora se forma dentro de la célula vegetativa Esporangio = célula madre + endospora Al final de la esporulación, la célula madre se autolisa autolisa,, y la espora queda libre La endospora aguanta larguísimos periodos en ausencia de nutrientes. Resiste estrés ambientales En condiciones adecuadas, la espora germina y se transforma en una célula vegetativa Germinación de la endospora: proceso por el cual una espora se convierte al estado vegetativo. y es más rápida que la esporulación (90 minutos): 1. Preactivación 2. Activación 3. iniciación (o germinación en sentido estricto) 4. crecimiento ulterior (entrada en fase vegetativa) 1. Preactivación: las as cubiertas deben erosionarse De modo natural: envejecimiento progresivo De modo artificial: 100ºC durante unos minutos Radiaciones ionizantes Bajos pH Mercaptoetanol 2. Activación: Etapa aún reversible Metabolismo aún latente Desencadenada por un germinante: Iones inorgánicos (Mg2+, Mn2+) L-ala Glucosa u otros azúcares Adenina u otras bases nitrogenadas Empieza a entrar agua al protoplasto espora pierde la refringencia y comienza a perder resistencia al calor Mecanismo: El germinante es detectado por un receptor alostérico a nivel de la membrana esporal, se activa, adquiere una capacidad proteolítica específica que le permite romper una proenzima que hasta ese momento se encontraba unida covalentemente al peptidoglucano de la corteza. La enzima resultante comienza a hidrolizar el peptidoglucano cortical. 3- Germinación El proceso se hace ya irreversible Se rompe el estado de dormancia Hay metabolismo, pero es endógeno no depende todavía de sustancias externas). Cambios principales: Se pierde DPA se pierde Ca2+ Ca2+ pasa a corteza neutraliza cargas negativas del PG rehidratación e hinchamiento del protoplasto más contracción de la corteza SASPs se hidrolizan por una proteasa específica que hasta ese momento estaba inactiva aa se reutilizan en fabricar nuevas proteínas Comienza la transcripción de genes vegetativos · La ARN polimerasa comienza a sintetizar ARN 4- Terminación y crecimiento ulterior El metabolismo ya se hace exógeno: puede tomar nutrientes del exterior y metabolizarlos Se sintetiza ADN Protoplasto crece La pared de la espora sirve como cebador para la pared de la célula vegetativa La célula vegetativa “sale” rompiendo las cubiertas esta célula vegetativa se tiñe como Gram-negativa, y sólo adquirirá su típica grampositividad después de la primera división. Salida de la nueva célula vegetativa (final de germinación) Estructura de la espora: Capas ausentes en la célula vegetativa Exosporio: fina cubierta proteica Cutícula, capa o cubierta de la espora: con proteínas especificas Cortex: capa de PG con uniones laxas Núcleo de la espora: Pared Membrana citoplásmatica Citoplasma Nucleoide Ribosomas Orgánulos ENDOSPORA BACTERIANA Protoplasto o núcleo: El citoplasma de la espora está muy deshidratado. Sus componentes están inmovilizados en una matriz de quelatos de iones Ca++ y ácido dipicolínico. El citoplasma de la espora contiene altas concentraciones de ion Ca++ (1-3% del peso seco de la espora), y de ácido dipicolínico (DPA) (10% en peso, en el núcleo ambos están formando un quelato, llamado dipicolinato cálcico (DPC), una sustancia exclusiva de las esporas bacterianas. DPC: reduce la disponibilidad de agua dentro de la espora (deshidratación) Se intercalan con el DNA, estabilizándolo frente al calor es una “reserva de Ca2+”, que durante la esporulación secuestra este ión, lo que tendrá un papel importante en la deshidratación del protoplasto; durante la germinación, la liberación del Ca++ será fundamental en este proceso. DPC: Dipicolinato cálcico Proceso de esporulación: más 200 genes específicos de la esporulación: spo sps 0: condensación de ADN 1: división celular asimétrica 2: el septo se invagina 3: formación de la pre-espora, sintesis de exosporio, formación del cortex y dehidratación 4: Incorporación de calcio, Deshidratación adicional Producción de SASPs y ADP Formación de la cuticula 5-Desarrollo de resistencia al calor y a agentes químicos (maduración) 6 y 7: lisis e la célula y liberación de la endospora (8horas)
