La primera descripción que se puede dar de una bacteria... externa, es decir, su tamaño y forma, incluyéndose a veces... LAS BACTERIAS Tamaño y forma de las bacterias.

LAS BACTERIAS
Tamaño y forma de las bacterias.
La primera descripción que se puede dar de una bacteria es su morfología
externa, es decir, su tamaño y forma, incluyéndose a veces la forma de las
colonias originadas cuando crecen sobre soportes sólidos.
Las bacterias o células procariotas son los menores de los organismos unicelulares, la mayoría comprendidos entre las 0,5-1,5 x 2-6 micras. Observamos tres morfologías básicas:
COCOS: redondeados de 0,4-2 micras de diámetro. Cuando se dividen por fisión dan lugar a diplococos, cuando se dividen en dos planos se forman sarcinas, cuando al dividirse no siguen un orden lógico se le denomina estafilococos y cuando se dividen en un solo
plano, estreptococos.
BACILOS: de forma cilíndrica, cortos o largos y con extremos cuadrados o redondeados de 0,5-1 micra x 10 micras. También pueden
formar estreptobacilos y diplobacilos.
BACTERIAS ESPIRALES: En realidad son bacilos girados en hélice.
Pueden ser curvados (Vibrio), estar constituidos por numerosas espiras rígidas (espirilos) o por pocas espiras y flexibles (espiroquetas.)
M ORFOLOGIA BACTERIANA
REDONDA
0,2 - 2 um
COCO
ALARGADA
0,5-1 x 3-10 um
CURVADA
COCOBACILO
VIBRIO
DIPLOCOCO
ESPIRILO
BACILO FUSIFORME
SARCINA
ESPIROQUETA
BACILO FILAMENTOSO
OTRAS
ESTAFILOCOCOS
CHLAMIDIAS (0,25 um)
RICKETTSIAS (0,3 x 0,3-2 um)
ESTREPTOCOCO
CUBICAS
MICOPLASMAS
(0,12-0,25 um)
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Las rickettsias cocobacilos son bacterias de 0,3x 0,3-2 mm Gram(-). Crecen
en cúmulos en el interior de las células eucariotas, son parásitos obligados.
Las chlamydias tienen pared externa pero no PG. Tienen distinta forma según donde estén: si están fuera de la célula (inactivas) son esféricas, de
0,25 micras, y se les denomina cuerpo elemental; si están dentro de la célula
(activas, en división) tienen forma reticular y se le denomina cuerpo reticulado.
Los Mycoplasmas son los únicos procariotas carentes de pared, por lo que no
tienen forma fija, son pleomórficas. Miden 0,12-0,25 micras. Son los microorganismos más pequeños conocidos capaces de hacer vida libre.
Las estructuras de la célula bacteriana.
Distinguimos estructuras obligadas o invariables, presentes en todas las
células bacterianas y necesarias para su supervivencia, y facultativas o variables,
OBLIGADAS: Membrana, pared o envoltura, ribosomas y nucleoide. Evidentemente también el citoplasma
FACULTATIVAS: Glucocáliz, apéndices (flagelos, fimbrias, pili y curli), inclusiones citoplasmáticas, material genético extracromosómico (plásmidos) y
endosporas.
glucocalix (cápsula)
pared de peptidoglicano
membrana
Flagelo
genoforo
Cuerpo
basal
Gránulos
Cuerpo
inclusión
Mesosoma
Plásmido
Ribosomas
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Fimbrias
La membrana plasmática.
Bicapa lipídica de unos 8 nm compuesta básicamente de lípidos (20-35%) y
proteínas (50-70%), que establece la barrera osmótica y limita a la célula
regulando el transporte de moléculas. Contiene lípidos antipáticos (fundamentalmente fosfolípidos) con proteínas. Estas proteínas son fundamentalmente: moléculas de transporte (permeasas), enzimas implicadas en la obtención de energía (fosforilación oxidativa), enzimas implicadas en la síntesis de la pared, de la propia membrana y de la replicación del ADN, sistemas de secreción de sustancias al exterior celular y receptores quimiotácticos.
Carece de esteroles pero posee isoprenoides. Los fosfolípidos son aniónicos
saturados o monoinsaturados (eucaritas: neutros poliinsaturados).
Las proteínas son las encargadas de la asimetría de la membrana, ya que algunas están sólo en una de las caras (externa o interna) o en ambas, atravesando la membrana.
Los mesosomas: son invaginaciones de la membrana. Hay dos tipos:
Septales: implicados en fisión celular: e ellos se le une el ADN e intervienen
en la separación del mismo. Además, favorecen la formación del tabique.
Laterales: contienen gran cantidad de proteínas transmembrana. Tiene funciones secretoras de exoenzimas.
La pared bacteriana.
Es rígida y externa a la membrana, dándole forma y protegiéndola de la lisis
osmótica. Presenta poros de 1-2 nm que permiten el intercambio de sustancias con el exterior. Se compone de proteínas, lípidos y oligosacáridos. Algunos compuestos son exclusivos: el ácido Diamino pimélico, el ácido Nacetil murámico, los ácidos teicoicos y lipoteicoicos o el lipopolisacárido.
Su estructura básica es la mureína, disacárido de N-acetilglucosamina y ácido N-acetil murámico unidos por enlaces ß1-4. Al NAM se unen ramificaciones laterales de tetrapéptidos: L-Ala, D-Glu, un grupo de 3aa y D-Ala. Estos
polímeros lineales se disponen en capas rígidas sucesivas que ganan resistencia mediante la formación de puentes cruzados. Estos enlaces se producen entre la D-Ala terminal de uno y el 3ºaa del otro, que puede ser variable
pero siempre tiene que tener un grupo NH2 extra.
Distinguimos dos categorías bacterianas según pared:
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Gram (+): mureína gruesa (25-50nm) y muy pocos lípidos. Ácidos teicoicos,
lipoteicoicos y teicurónicos.
La pared gram (+) tiene 20-40 capas de PG superpuestas que forman enlaces
entre sí. Al ser tantas capas el enlace 3ºaa-D-Ala es demasiado corto y sería mucho más rígido, para ello se forma un puente de un nº variable de aa
que alarga el enlace. Esta cadena peptídico nunca incluye aa ramificados ni
aromáticos porque son muy voluminosos.
También existen otras cadenas más o menos verticales y horizontales que
se entrecruzan con las moléculas de PG. Son polisacáridos de poliglicerol
fosfato (ác. Teicoico) y poliinositol fosfato (ác. Lipoteicoico), que atraviesan
la membrana y dan rigidez. También regulan el crecimiento de la pared bacteriana y son los principales responsables de su carga negativa. Son las estructuras más externas de la bacteria salvo que tengan cápsula, por lo que
son los principales Ag de superficie de las gram (+). Los ác. Lipoteicoicos se
insertan en la m.p. y atraviesan la pared, produciendo un anclaje entre pared
y membrana. Los ác. Teicoicos intervienen a veces como agentes de adherencia bacteriana mediante fuerzan hidrofóbicas.
Gram(-): más compleja. Mureína fina (5 nm con 3-5 capas de mureína), sin
teicoicos y con membrana externa que contiene LPS.
P
A
R
E
D
G
R
A
M
(-)
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Es una pared mucho más compleja, por lo que se le denomina envoltura celular. El nº de puentes cruzados es menor (aprox. ¼), por lo que es menos rígida y más delgada y son más débiles a la rotura mecánica que las gram (+).
Tienen pocas capas superpuestas de PG (4-5), por lo que no es necesaria una
cadena intermedia y el enlace entre los tetrapéptidos es directo. El 3ºaa en
las gram (+) es variable aunque frecuentemente es Lis, mientras que en las
gram (-) es un aa no proteinogénico: diamín pimérico.
La membrana externa en la capa externa tiene una molécula específica de
las gram (-): lipopolisacáridos.
Los LPS están compuestos por:
Lípido A: un esfingolípido de 6-7 ácidos grasos que se inserta en la
membrana.
Sacárido R: 2 moléculas de NAcG + 2 moléculas de CDO (ác. cetodesoxioctámico) que actúa de puente + n heptosas. Las heptosas son
hidrofílica y dificultan la entrada de moléculas lipófilas, por lo que la
pared de las gram (-) es mucho más impermeable químicamente aunque físicamente sea más débil.
Oligosacárido O: unidades repetidas de manosa. Tiene la misma función de los ác. Teicoiocos en las gram (+): dan carga negativa a la
bacteria y es el principal Ag de superficie de las gram(-).
Entre la m.p. y la membrana externa está el gel periplásmico, que incluye
moléculas de mureína con muy pocos puentes cruzados, polímeros de manosa
derivados de la m.p. y de bajo P.M. y una elevada concentración de proteínas
de transporte y enzimas hidrolíticas y detoxificantes (ej.: β-lactamasas). El
PG más cercano a la membrana externa está más cruzado que el que está
más cerca de la m.p.
La membrana externa se une a la mureína por lipoproteínas (*) y contiene
porinas, que forman poros de 1-2nm que permiten el paso de sustancias de
bajo PM, también hay permeasas que permiten el paso de otras sustancias.
La permeabilidad viene determinada por:
El límite de exclusión de la porina (500000 Da).
Nº de porinas.
(*)Lipoproteínas de Brown: tienen un extremo sustituido por ác. Grasos que
se insertan en la cara interna de la capa externa. Por el otro extremo for-5-
man enlaces covalentes con los aa de los PG. A veces estas lipoproteínas son
sustituidas por OMP (proteína de la membrana externa).
En algunos puntos hay continuidad entre la cara interna de la membrana externa y la cara externa de la membrana plasmática, lo que facilita el paso de
sustancias desde el citoplasma hacia la superficie celular, es lo que se conoce como uniones de Bayer.
Gram
(-)
sí membrana externa.
mureína
fina
peptídico
directo y
escaso
3 a.a
DAP
con LPS
pero no
teicoicos
origina esferoplasto con lisozima
Gram
(+)
no membrana externa
mureína
gruesa
puente
peptídico
indirecto
3 a.a.
variable
con teicoicos pero no
LPS
origina protoplasto con lisozima
Bacterias ácido alcohol resitentes.
Una modificación de la pared Gram(+) es la de las bacterias ácido-alcohol
resistentes, de una gran impermeabilidad.
Es una pared muy gruesa que contiene DAP, N- glicoacetilmurámico, por encima tiene polímeros de arabinogalactamato, seguidos de ác. Micólicos y micolípidos comlejos que forman una bicapa lipídica como si fuese la membrana externa. También contienen lipoarabinomanosa, que es parecido a los LPS
de la gram (-). Esta pared es típica de las micobacterias.
Es resistente a gran cantidad de antibióticos porque estos son incapaces de
penetrar.
Es de crecimiento muy lento (8-14 h para dividirse) debido a su gran complejidad. En un cultivo diagnóstico, para considerarlo negativo tenemos que
esperar una semana.
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PAREDES BACTERIANAS
Los ribosomas.
Son las estructuras celulares encargadas de la síntesis de proteínas.
Partículas submicroscópicas de 20 nm de diámetro, 60% de ARN y el 40%
de proteínas Su coeficiente de sedimentación es de 70s. Posee dos subunidades: una de 50S y otra de 30S (60s+40s=80s en las eucariotas).
Subunidad 50s: 14 x 16 nm, ARN 23s + ARN 5s+ 32 proteínas
Subunidad 30s: 7 x 16 nm, ARN 16s (*) + 21 proteínas
Los ribosomas se pueden encontrar de dos maneras:
Libres en el citoplama o junto al RE.
Asociados a una molécula de ARNm. Un ARNm puede estar unido a
un solo ribosoma o a varios, formando agregados denominados polirribosomas. Pueden llegar a representar casi la cuarta parte de su
peso seco.
Su nº es variable, depende de la actividad metabólica. Aprox. hay unos
20000.
Estructuralmente son distintos a los ribosomas eucariotas. […]
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(*) Todas la técnicas de diagnóstico por PCR utilizan el ARN 16s como control positivo.
Uno de los aspectos fundamentales de la taxonomía es la relación entre los
ARN 16s de las distintas bacterias.
El nucleoide o cuerpo nuclear.
Estructura más o menos definida que contiene un 60% de ADN, por lo que
una bacteria típica tiene 5·106 p.b. del orden de 1-1’5 mm (4000-5000 genes). El ADN bacteriano no tiene intrones ni secuencias repetidas y permanece unido a la m.p. durante todo el ciclo celular.
Al ADN en el nucleoide se une a proteínas y forma lazos que se enrollan sobre si mismos y se unen a otras proteínas (superenrollamiento del ADN).
Existen proteínas que unen ADN específicamente pero no existe ninguna
estructura similar al nucleosoma eucariótico, por lo que siempre se encuentra como cromatina, no como cromosomas.
El genóforo bacteriano es haploide. Contiene ADN y ARN (30%), que es
fundamentalmente ARN naciente, transferente y ribosómico recién producido.
El 10% restante son proteínas que unen el ác. Nucleico y también ARN polimerasa, que transcribe el ADN en ARN. También existen proteínas que unen
específicamente ADN y regulan la expresión génica.
El nucleoide bacteriano contiene proteínas estructurales y ADN de doble
cadena circular en el interior, y en el exterior (parte más en continuidad con
el citoplasma) tiene ADN desenrollado transcribiéndose con la ARNp.
El Glicocálix.
Polímeros extracelulares de naturaleza generalmente sacarídica que pueden
presentarse como:
Cápsula, estructurada y fija a la pared (unida a la pared de PG). No es imprescindible para la bacteria pero sí es importante para su protección:
Protege de la desecación ambiental, sobre todo a las gram (-). La
presencia o ausencia de cápsula puede afectar a la transmisión de
enfermedades infecciosas. Ej: neisseria meningitis tiene cápsula, lo
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que le permite propagarse por vía aérea; mientras que la neissria
gonorrea no la tiene y es de transmisión sexual (mucosa-mucosa).
Protege de la fagocitosis (pero no de ser destruidas intracelularmente).
Es importante en la adherencia.
Aunque normalmente es de naturaleza sacarídica, el género bacillus produce
una cápsila peptídico (ác. Glutámico).
Limo o capa mucilaginosa, amorfo y no fija. Tiene especial importancia en la
adherencia a las superficies lisas no celulares ( porque las superficies celulares se están renovando constantemente) y en el desplazamiento celular.
Va secretando una película de polisacáridos y se mueve por ellos Su expresión fenotípica es variable
Una tercera que en algunos casos cumple el papel de la pared es la Lámina
S. Las bacterias que tienen lámina S no tienen cápsula ni limo. Son alineamientos cristalinos de proteínas o glicoproteínas en el exterior del péptidoglicano en las G(+) o de la membrana externa en las G(-). Puede intervenir
en adherencia y resistencia a enzimas proteolíticas o a la capacidad bactericida del suero (resistencia a agentes inmunológicos). Tiene un diámetro de
poro muy pequeño, por lo que sirve de filtro molecular.
Los apéndices bacterianos: flagelos, fimbrias, pelos y curli.
Son de naturaleza proteica. Hay dos grandes tipos:
Flagelos: relacionados con movilidad. 12-15 nm de diámetro y 15-25 micras
de longitud (su longitud es mayor que la del cuerpo bacteriano!). El nº de
flagelos es relativamente bajo, de uno a varias decenas. Observamos 3 regiones diferenciadas: el cuerpo basal, el gancho y el filamento.
El filamento es una estructura proteica formada por el enrollamiento helicoidal de 3 filamentos de flagelina. Al contrario de los filamentos eucariotas, no están rodeados de ninguna otra estructura.
Generalmente tienen estructura 8+0.
El gancho es una estructura rígida y curva que hace que el flagelo
salga en un determinado ángulo. Se inserta en una estructura más o
menos dura denominado cuerpo basal.
El cuerpo basal es distinto en gram (+) y (-). El cuerpo basal contiene
toda la maquinaria necesaria para la rotación del flagelo. En las gram
(-) la capa de PG es muy fina y para fijar bien el flagelo y que no se
rompa la pared en su salida hacia el exterior el cuerpo basal consta
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de 4 anillos de naturaleza proteica unidos por filamentos y capaces
de girar el uno sobre el otro. Estos 4 anillos son:
-
Anillo
Anillo
Anillo
Anillo
M (en la membrana).
S,
P (en el periplasma)
L ( entre las dos bicapas de la membrana externa)
En las gram (+) la capa de PG es muy compacta y gruesa, por lo que es capaz
de proteger las estructuras del flagelo cuando atraviesa la pared y llega con
dos anillos para formar el cuerpo basal (los anillos M y S).
El flagelo bacteriano aprovecha la salida en ángulo y lo que hace es girar.
Los anillos S y L están asociados a proteínas capaces de producir ATP para
producir el giro. Hay otras proteínas que “deciden” el sentido del giro. Esto
lo deciden en función de su relación con el entorno, receptores quimiotácticos. Las sustancias que atraen a la bacteria se unen y la hacen girar en un
sentido y cuando está libre gira en el sentido contrario.
Cuando el flagelo gira en un sentido, como en el sentido de las agujas del
reloj, el enrollamiento de las tres fibras se abre y la bacteria se mueve más
o menos aleatoriamente. En el sentido contrario de las agujas del reloj se
refuerzan las fibras y se mueve hacia una determinada dirección, sigue
siendo un movimiento aleatorio pero con mayor frecuencia de giro hacia la
sustancia atrayente.
Según la posición y número de los flagelos bacterianos puede ser: polar, lofotrica, anfitrica y peritrica.
FLAGELACION BACTERIANA
Flagelación bacteriana
BIPOLAR
POLAR
ANFITRICA
LOFOTRICA
PERITRICA
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Hay una variante del flagelo denominado filamento axial o endoflagelo que
se encuentra sólo en las espiroquetas. Diferencias con el flagelo
Permanece por debajo de la membrana externa, se mantiene en el
espacio peplasmático. Por eso las espiroquetas son gram (-).
Están recubiertos de una 2ª capa de proteínas.
Tiene dos puntos de anclaje (dos cuerpos basales) a la superficie celular. Generalmente estos dos puntos están situados más alla de la
mitad de la célula, por lo que cuando gira el flagelo el conjunto de la
bacteria gira también. Esto hace que las espiroquetas tengan una
capacidad de penetración muy grande y que puedan moverse en medios muy densos.
Fimbrias: 4-8 nm de diámetro por 0,5-2 mm de longitud (son más finos y
cortos que los flagelos). Son numerosas (100-200 por célula). Están restringidas a Gram (-) y algunas Gram (+). Pueden ser:
No sexuales: implicados en la adherencia a substratos. Las fimbrias
acumulan adherinas que suelen ser lectinas: proteínas que unen específicamente azúcares de una manera parecida a los anticuerpos.
Sexuales (pilli): implicados en la unión célula a célula en los procesos
de transferencia genética por conjugación. Son de diámetro similar
al de las fimbrias pero más largos. Son relativamente poco abundantes. Son existen en gram (-) y son de codificación extracromosómica (de codificación plasmídica).
Curli: Agrupaciones de varias micras de longitud y hasta 100 nm de groso de
fibras similares a fimbrias, aunque más delgadas (2-4 nm). Son altamente
adhesivas. Sólo se han descrito en algunas bacterias G(-) en la fase estacionaria
Plásmidos.
Filamento extracromosómico de ADN de doble cadena circular. Tienen una
característica importante: constituye replicones independientes, es decir,
que es capaz de obtener copias de sí mismo independientemente del cromosoma y así una bacteria puede tener dos o más copias del mismo plásmido y
puede transmitir el plásmido a otra bacteria quedándose ella con una copia.
Los plásmidos no son imprescindibles pero son responsables también de la
resistencia a antibióticos y de la producción de toxinas.
“El ADN plasmídico se puede incorporar al genóforo formado un episoma.”
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Inclusiones citoplasmáticas.
Son gránulos de reserva de unos 30-100 nm carentes de membrana. Pueden
ser:
De reserva de C. Se sintetizan cuando hay muchos nutrientes
carbonados y pocos de otros nutrientes, como por ej. N, o hay
bajo pH.
PHB (polihidroxibutírico): de reserva de carbono y energía, poseen metacromasia.
- polímeros de glucosa (glucógeno y almidón (similares a
los de eucariotas).
De reserva energética: Volutita: polifosfatos de reserva de
energía, típicos de Corinebacterias.
Las formas de resistencia: endosporas.
-
Es una forma morfológica alternativa de la célula en estado de división. Durante un cierto tiempo se encuentra dentro de la célula vegetativa pero su
función principal es actuar como resistencia a factores ambientales como el
calor y la desecación.
En condiciones desfavorables se produce la esporulación: la célula vegetativa muere y se libera la espora, que germinará cuando las condiciones vuelvan
a ser favorables. La esporulación no es una forma de replicación, sino de
resistencia. Una célula vegetativa da una espora, que dará lugar a otra célula, no a varias.
Tiene un núcleo interno con ADN deshidratado debido a su contenido en una
sal, dipicolinato cálcico, que forma complejos con las moléculas del ác. Nucleico y las estabiliza, se hace muy resistente a la desnaturalización por calor (aguanta temperaturas superiores a 120º).
Este núcleo está rodeado por una doble membrana lipídica similar a la de la
célula. Por encima tiene una pared de mureína pero modificada, como menos
enlaces peptídicos que la pared de la célula vegetativa. Rodeando hay una
doble capa proteica: la capa interna es de intina y la externa es de exina.
Esta cutícula proteica está formada por aa hidrofóbicos que consiguen hacerla muy impermeable a al desecación y de la entrada y salida de agentes
químicos.
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Por encima hay una estructura más o menos amorfa de naturaleza proteica:
exosporium, formada por los restos de la célula vegetativa en la cual se
formó.
INICIACIÓN. Alguna señal externa (calor, nutrientes, humedad…) genera
un receptor D-Ala con actividad proteasa.
ACTIVACIÓN. El aa se une al receptor y se activa la actividad proteasa.
EXCRECIÓN. Se desorganiza la cutícula, entra agua, sale dicolinato y la corteza de mureína se abre y aparece una nueva célula.
ESPORULACION
Formación de
la corteza
Salida de agua
Entrada dipicolinato
Replicación del ADN
Formación de la preespora
Invaginación de la membrana
Tabicación de
la preespora
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Formación de la cutícula