Estructura y función celular

BIOQUIMICA Y FISIOLOGÍA MICROBIANA
Dra. Yenizey Merit Alvarez Cisneros
Fisiología microbiana:
Ciencia que estudia el funcionamiento
de las células microbianas a nivel
bioquímico. Incluye el estudio del
crecimiento, el metabolismo y la
estructura.
Bioquímica:
Es la ciencia que estudia la base molecular de la vida (proteínas,
carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos), así como las reacciones
químicas que sufren estas biomoléculas (metabolismo) para
obtener energía (catabolismo) y generar moléculas propias
(anabolismo).
Microorganismo
Los microorganismos también llamados microbios
son seres diminutos que individualmente son
demasiado pequeños para ser observados a
simple vista.
Nomenclatura
La nomenclatura científica asigna dos nombres a cada
organismo: genero y epíteto científico (especie).
staphylococcus aureus
Staphylococcus aureus
S. aureus
Escherichia Coli
Escherichia coli
E.coli
Theodor Escherich
Clasificación de los microorganismos
Habían 5 reinos. Pero ahora hay
tres Dominios
– Eukarya, organismos con núcleo
y organelos, multicelulares y
algunos unicelulares (fungi,
plantae, animalia y protista).
– Bacteria, no
compartamentalizados,
unicelulares.
– Archaea, unicelulares con
membranas características y
genoma muy alejado del
bacteriano.
Jerarquía taxonómica
Dominio
Reino
BACTERIA
No asignado
Proteobacterias
Filo
Clase
Gammaproteobacterias
Orden
Enterobacteriales
Familia
Enterobacteriaceae
Género
Escherichia
Especie
E. coli
Bacterias
Procariotas
Archaea
Microorganismos
Eucariotas
Protozoos
Hongos
Algas microscópicas
Bacteria o eubacteria
– Bacteria (con mayúscula) se refiere al dominio,
– bacteria, (con minúscula) se refiere a los
procariontes, los miembros de los dos dominios,
Bacteria y Archaea son procariontes.
Características:
• Célula procariota
• Ribosoma 70S
• Pared bacteriana de peptidoglucano
• Ausencia de esteroles en la membrana
• Ausencia de mitocondrias, RE y AG.
• Órganos de movilidad simples
• Cromosoma único y plásmidos
Archaea o arqueobacterias
• Célula
procariota
•Pared bacteriana sin peptidoglucano
•Morfología (bacilos, cocos y hélices)
• Propiedades fisiológicas
1. Aerobios
2. Anaerobios facultativos
3. Anaerobios estrictos
• Habitan en ambientes extremos
1. Metanógenos (Methanobacterium)
2. Halófilos extremos (Halobacterium y Halococcus)
3. Termófilos extremos o (Thermoplasma acidhophilus)
Diferencias
Bacteria
Archaea
Tipo celular
procariota
procariota
Reproducción
asexual
asexual
Pared celular
Contiene peptidoglucano
No contiene
peptidoglucano
Lípidos de membrana
Compuesto por cadenas
rectas de carbono unidas
al glicerol por enlaces
éster.
Compuesto por cadenas
de carbono ramificadas
unidas al glicerol por
cualquier enlace.
Primer aminoácido en la
síntesis proteica
Formilmetionina
Metionina
Histonas
No
Si
Bacterias
Procariotas
Archaea
Microorganismos
Eucariotas
Protozoos
Hongos
Algas microscópicas
Hongos
• Célula eucarionte unicelulares (levaduras) o multicelulares (setas)
• Material genético localizado en el núcleo
• Ribosoma 80S
• No tienen capacidad de fotosíntesis
• Tienen paredes celulares compuestas por “quitina”
• Reproducción sexual o asexual
Estructura de la célula
La estructura básica de la célula consta de:
Citoplasma
ADN
Orgánulos
Membrana plasmática
Estructura celular
Estructuras permanentes
• Pared celular
• Membrana citoplasmática
• Citoplasma
• Ribosomas
• ADN
Estructuras variables
• Flagelos
• Fimbrias y pili
• Exopolisacáridos (cápsula y glicocalix)
• Endosporas
Célula Procariota
• El material genético está libre en el
citoplasma.
• Sólo posee ribosomas como orgánulos.
• La pared celular esta conformado por
peptidoglucano.
• Reproducción asexual “fisión binaria”
• Es la célula que presentan las bacterias y
Archaea.
Célula Eucariota
• El material genético está encerrado en una
membrana que forma el núcleo.
• Poseen un gran numero de orgánulos rodeados
por membrana.
• Algunas no tienen pared celular y si existe posee
una estructura química sencilla.
• Reproducción sexual (mitosis) o asexual.
• Es la célula que presentan todos los demás seres
vivos.
CELULA VEGETAL
CELULA ANIMAL
La célula vegetal se caracteriza por:
1.- Presenta una pared celular rígida que contiene celulosa, además de membrana.
2.- Presenta cloroplastos, responsables de la fotosíntesis.
3.- Presenta una gran vacuola central.
4.- Carece de centriolos.
Membrana plasmática:
La membrana delimita el territorio de la célula y controla el
contenido químico de la célula.
Modelo del mosaico fluido
50%
40%
Fosfolípidos: son lípidos anfipáticos compuestos por una molécula
de glicerol, a la que se unen dos ácidos grasos (saturado e
insaturado) formando un enlace éster y un grupo fosfato unido a un
grupo orgánico.
Colina, serina o
etanolamina
Ácido graso insaturado
Ácido graso saturado
glicerol
Fosfatidilcolina
Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen
diferentes enlaces químicos
Éster - Bacteria
Éter – Archaea
Glicerol
Isopreno
La membrana plasmática realiza las siguientes funciones:
1) Aísla el citoplasma del medio externo (permeabilidad selectiva)
2) Regula el flujo de materiales entre el citoplasma y su medio
(adquisición de nutrientes y eliminación de desechos).
 Pasivos (difusión simple, difusión facilitada y osmosis)
 Activo ( transporte activo y traslocación)
3) Permite la interacción con otras células
4) Barrera de permeabilidad
• Moléculas pequeñas sin carga
• Hidrofóbicas
Citoplasma:
 Componente líquido que se encuentra dentro de la membrana
plasmática.
 Compuesto principalmente por 80% agua y moléculas orgánicas e
inorgánicas, material genético (plásmidos) y ribosomas.
Ribosomas:
Contienen todos los componentes
necesarios para la síntesis proteica.
Ribosoma 70S en procariotas
(2 subunidades 30S y 50S)
 Ribosoma 80S en Eucariotas
(2 subunidades 60S y 40S)
Compuestos por RNA y proteínas
Coeficiente de sedimentación (unidades Svedberg)
Flagelos:
 Son apéndices filamentosos relativamente largos que propulsan a
las bacterias.
 Compuestos por tres elementos fundamentales: un filamento
(flagelina), el gancho y el cuerpo basal.
 Clasificación:
1. atricas
2. monotricas
4. lofotricas
3. anfitricas
5. peritricas
Filamento
Gram -
Gancho
Cuerpo Basal
Gram +
Fimbrias y pili:
 Apéndices pilosos más cortos, rectos y delgados que los flagelos.
 Cumplen funciones de fijación y transferencia de ADN.
 Compuestas por “pilina”
 Las fimbrias nacen en los polos de las células bacterianas
 El pili es mas largo que las fimbrias y solo se encuentran uno o
dos por célula.
 Participa en la transferencia intracelular de ADN (conjugación)
Conjugación
Exopolisacáridos:
 Cubierta de naturaleza polisacárida que rodea una bacteria.
 Sintetizados en la membrana citoplasmática, y atraviesan la
pared celular para localizarse en la parte externa.
 Clasificación:
1.Cápsula (Rigidez)
• Protege de la fagocitosis
• Factor de virulencia
• Tinción negativa
1.Glucocáliz (Flexibles)
• Participa en la formación de biopeliculas
• Protege de fagocitosis o de la acción de antimicrobianos
Endosporas o células en reposo:
 Son cuerpos deshidratados con una gruesa pared o capas
adicionales.
 Producidas bajo condiciones adversas para la célula (carencia de
nutrientes o falta de agua)
 Se forman en el interior de la membrana celular y son liberadas al
medio ambiente
 Pueden sobrevivir a temperaturas extremas, falta de agua y
exposición a muchos compuestos tóxicos y radiaciones.
• Clostridium sp.
• Bacillus sp.
esporulación o esporogénesis
Pared celular en Bacteria:
 Es una estructura compleja y semirrígida responsable de la
configuración de la célula.
 Rodea a la membrana plasmática protegiendo el interior de la célula
de cambios adversos en el medio externo.
 Contribuye al mantenimiento de la forma de la bacteria
 Actúa como sitio de anclaje para los flagelos
 Compuesta por peptidoglucano “mureína”
PEPTIDOGLUCANO:
 Formado por cadenas lineales de disacárido (NAG + NAM) que
constituyen un esqueleto de hidratos de carbono unido por
polipéptidos mediante un puente transversal peptídico.
Diferencia entre Gram positivas y negativas
Gram (+)
Gram (-)
• Varias capas de peptidoglucano • Una sola capa de peptidoglucano
localizada en el periplasma
• Ácidos teicoicos
 Poliglicerol fosfato
• Tiene una membrana lipídica externa
(ácido lipoteicoico)
 Poliribitol fosfato
(ácido teicoico de la pared)
• Retiene el colorante cristal
violeta (mo de azul-morado)
 Lipoproteínas
 Lipopolisacáridos (LPS)
 Fosfolípidos
Proteínas (porina)
• No se tiñe con cristal violeta, pero si
con safranina (mo de rosa-rojo)
Polisacárido O
Lípído A
LPS
Porina
Ácido teicoico
Ácido lipoteicoico
Pared celular de Archaea
• No contiene peptidoglicano
• La pared puede ser de:
– pseudopeptidoglicano (pseudomureina) tiñe G+
– pseudomureina cubierta de proteína, tiñe G+
– monocapa superficial de proteina o glicoproteina, sin
pseudomureina (algunos halófilos, alg.metanogénicos
y termoacidófilos) tiñe G-
• Existen Archaea sin pared
Pseudopeptidoglicano de Archaea
Diferencia entre la estructura celular de
Bacteria, Archaea y Eucarya
Propiedad
Bacteria
Eucarya
Archaea
Membrana
nuclear
NO
SI
NO
Organelos
NO
SI
NO
Tamaño
ribosoma
70S
80S
70S
Peptidoglucano
en la pared
SI
NO
NO
Esteroles en
membrana
NO
(hopanoides)
SI
SI
Lípidos de
membrana
Ester
unidos a
glicerol
Ester unido a
glicerol
Eter,
ramificados