La célula - MicroAgroalimunvime
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LA CELULA PROCARIOTA. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN LA CÉLULA CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS • Versión simplificada y modificada del Árbol filogenético Universal establecido por Carl Woese y su discípulo Gary Olsen que muestra los tres Dominios. El termino "dominio" refiere a un nuevo taxón filogenético que incluye tres líneas primarias: Archaea, Bacteria y Eucaria. En línea descendente siguen seis Reinos: I-Moneras, IIArqueobacterias (obviamente separadas de Moneras), III-Protistos, IVHongos, V-Plantas y VI-Animales. 4 080506 Möllby Primer concepto de la TEORÍA CELULAR: “las células son partes elementales de los seres vivos”; Schleiden y Schwann (1839) • Todos los organismos están compuestos de células. • En las células tienen lugar las reacciones metabólicas del organismo. • Las células contienen el material hereditario. • Las células provienen tan solo de otras células preexistentes. • La célula: • es la unidad estructural • es la unidad de función • es la unidad de origen • Salvo contadas excepciones, las células son diminutas. Su forma es muy variada: algunas son esféricas, otras son prismáticas y otras tienen forma cilíndrica • Características estructurales de las células : • Individualidad: Todas las células están rodeadas de una envoltura una bicapa lipídica desnuda, en células animales; una bicapa lipídica con una pared de polisacárido, en hongos y vegetales; con una membrana externa y otros elementos que definen una pared compleja, en bacterias Gram negativas; con una pared de peptidoglicano, en bacterias Gram positivas. • Contienen un medio interno acuoso, el citosol, que forma la mayor parte del volumen celular y en el que están inmersos los orgánulos celulares. • Poseen material genético en forma de ADN, el material hereditario de los genes que contiene las instrucciones para el funcionamiento celular, • Poseen material genético ARN, a fin de que el primero se exprese. • Tienen enzimas y otras proteínas, que sustentan, junto con otras biomoléculas, un metabolismo activo. Desde la perspectiva de considerar como carácter básico y fundamental para la clasificación de los seres vivos la estructura y organización de la unidad básica del ser vivo, en 1937, Chatton plantea dividir a los seres vivos en dos grupos: PROCARIOTAS y ECUCARIOTAS. PROCARIOTAS Eucaryote Procaryote 10 080506 Möllby Estructura de los microorganismos Células procariotas Tamaño y morfología de las bacterias. Estructuras fundamentales Citoplasma Ribosomas bacterianos Nucleoide Membrana bacteriana y Pared peptidoglicano. Bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. Tinciones. Elementos facultativos de la célula procariota Cápsula y capas mucosa. Apéndices bacterianos: flagelos y fimbrias. Endosporas. Clasificación de los procariotas • Históricamente: – Forma – Medios de locomoción – Pigmentos – Necesidades nutrimentales – Apariencia de sus colonias – Propiedades de tinción (Tinción de Gram) • Actualmente: – Secuencias de nucleótidos de ADN o ARN • 13 a 15 reinos de bacterias • 3 reinos de archaeas – Cambia rápidamente – Se ha propuesto 3% como nivel de umbral para la identificación de especies. Clasificación de las células microbianas (estructura celular) 1.- Microorganismos Procariotas - Bacterias - Cianofíceas - Arqueobacterias 2.- Microorganismos Eucariotas - Algas - Hongos filamentosos y Levaduras - Protozoos CÉLULA PROCARIOTA (del griego Karyon: núcleo y pro: antes) • Son organismos formados por una sola célula • Los mas antiguos y abundantes sobre la tierra • Presentan una gran diversidad metabólica • Presentan un elevado ritmo de división celular (fisión binaria) • No presentan membranas de envoltura Citoplasma con gránulos de almacenamiento ricos en glucógeno, lípidos, fosfatos. Ribosomas similares a las de cél eucariotas pero mas pequeños, 70s. Membr plasm similar a la de eucariotas pero sin colesterol ni esteroles. (Excepto los micoplasmas). Ptan invaginaciones llamadas mesosomas. Célula Procariota Una sola molécula de ADN circular asociada a histonas y ARN en contacto directo con el citoplasma. Funciones de la membrana plasmática •Limitan la bacteria •Regulan el paso de sustancias nutritivas. •Los mesosomas incrementan la superficie de la membrana plasmática y en ellos hay gran cantidad de enzimas. Pared Celular Procariotas: estructura rígida que envuelve la membrana citoplasmática; responsable de la forma de la célula y de su protección contra la lisis osmótica. Además puede presentar estructuras externas: glicocalix, flagelos, filamentos, fimbrias, pili,... • La mayoría de las células procarióticas son hipertónicas en relación al medio que las rodea presentan una pared celular que evita que estallen. (Excepto los micoplasmas) Ósmosis-Difusión pasiva de agua. El agua difunde libremente a través de las membranas y no requiere de una proteína transportadora. El agua difundirá siempre desde un medio con menor concentración de solutos (hipotónico) a un medio con mayor concentración de solutos (hipertónico) hasta equilibrar las concentraciones a ambos lados de la membrana BACTERIA Y ARCHAEA • Son microbios unicelulares procariotas carentes de organelos como núcleo, cloroplastos y mitocondrias. • Son pequeños, con un diámetro de alrededor de 0.2 a 10 micrómetros. • Se podrían reunir alrededor de 250 000 bacterias en un punto. ARCHAEA BACTERIA Características: • Tienen una pared celular que brinda protección a los procariotas y les confiere su forma característica. • Algunos procariotas se desplazan mediante flagelos simples. • Las endosporas protectoras permiten a ciertas bacterias soportar condiciones adversas. • Se reproducen por fisión binaria • Se especializan en hábitats específicos y presentan diversos metabolismos. • Desempeñan muchas funciones que son importantes para otras formas de vida. • Algunas bacterias constituyen una amenaza para la salud humana. ARCHAEAS BACTERIA y ARCHAEA Diferencias • La rígida pared celular que encierra las células bacterianas contiene peptidoglicano, pero las paredes celulares de los arqueos carecen de esta sustancia exclusivamente bacteriana y poseen pseudopeptidoglicano, glicoproteínas o proteína dispuesta en simetría hexagonal (capa superficial paracristalina-Capa S) • La estructura y composición de otros componentes celulares como las membranas plasmáticas, los ribosomas y las ARN polimerasas. • Las características fundamentales de procesos básicos como la transcripción y la traducción. El análisis reciente de secuencias de nucleótidos de ARN ha mostrado que los arqueos tienen un parentesco más próximo con los eucariotas que con las bacterias. Table of differences between Archaea, Bacteria and Eukaryotes Characteristic Archaea Bacteria Eukaryotes Predominantly multicellular Cell contains a nucleus and other membrane bound organelles DNA occurs in a circular form* No No Yes No No Yes Yes Yes No Ribosome size 70s 70s 80s Membrane lipids ester-linked** No Yes Yes Photosynthesis with chlorophyll No Yes Yes Capable of growth at temperatures greater than 80 ºC Yes Yes No Histone proteins present in cell Yes No Yes Methionine used as tRNA Initiator*** Yes No Yes Operons present in DNA Yes Yes No Intron present in most genes No No Yes Capping and poly-A tailing of mRNA No No Yes Gas vesicles present Yes Yes No Capable of Methanogenesis Yes No No Sensitive to chloramphenicol, kanamycin and streptomycin No Yes No Transcription factors required No Yes Yes Capable of Nitrification No Yes No Capable of Denitrification Yes Yes No Capable of Nitrogen Fixation Yes Yes No Capable of Chemolithotrophy Yes Yes No * Eukaryote DNA is linear ** Archaea membrane lipids are ether-linked *** Bacteria use Formylmethionine Basic Archaeal Shapes : At far left, Methanococcus janaschii, a coccus form with numerous flagella attached to one side. At left center, Methanosarcina barkeri, a lobed coccus form lacking flagella. At right center, Methanothermus fervidus, a short bacillus form without flagella. At far right, Methanobacterium thermoautotrophicum, an elongate bacillus form. BACTERIAS ESTRUCTURA BACTERIANA • Citoplasma Fluido viscoso compuesto de una variedad de sustancias • Ribosomas • Gránulos de reserva • Espora • Nucleoide Es una región donde reside el cromosoma. A diferencia del núcleo de los eucariotas, el nucleoide no está encerrado en una membrana. •Plásmidos • Membrana citoplásmática Barrera entre el ambiente externo y el interior de la célula • Pared celular Una barrera rígida que protege a la célula de una ruptura. • Glicocalix : Capa externa de la pared celular • Apéndices: Importantes para la movilidad y la adherencias a ciertas superficies • Flagelos • Pili Morfología de los procariotas Procariotas son organismos pequeños (μm) 1 μm = 10-3 mm Amplia diversidad de morfologías: cocos bacilos espirilos espiroquetas con apéndices Filamentosos pleomorfismo Formas Bacterianas Bacteria come in a wide variety of shapes: A. Rod-shaped B. Round-shaped or spherical. C. Round-shaped in clusters. D. Round-shaped in twos. E. Spiral-shaped. F. Comma-shaped. Helicobacter Staphylococcus Pseudomonas Borrelia Bacillus anthracis Staphylococcus aureus AGRUPACIONES BACTERIANAS DNA BACTERIANO • Un cromosoma empaquetado ”nucleoide” • Tamaño del genoma: 0.5 to 6 Mb (500 a 6000 genes) • Plásmidos: estructuras más pequeñas cirulares de DNA - DNA extracromosomal número de copias múltiple genes de resistencia a antibióticos genes que codifican para toxinas multiplicación independiente de la división celular. RIBOSOMAS 60% RNA ribosomal & 40% proteína consiste de 2 subunidades: grande & pequeña La célula procariota difiere de la eucariota en el tamaño y número de proteínas Sitio de la síntesis de proteínas Membrana plasmática Las membranas no son simples barreras sino que: _ Definen la extensión de la célula y establecen sus límites. _ Forman barreras selectivamente permeables, impidiendo el intercambio indiscriminado de sustancias entre el exterior y el interior celular. _ Controlan la interacción entre células o con la matriz extracelular. _ Intervienen en las respuestas a señales externas a través de los receptores. Singer y Nicholson propusieron en 1972 “modelo del mosaico fluido”. De acuerdo con el mismo las membranas son “disoluciones bidimensionales de lípidos y proteínas”. Están formadas por un conjunto de moléculas hidrofóbicas e hidrofílicas que se mantienen unidas por enlaces, en general, no covalentes. Una de las principales características de las membranas biológicas es su alto grado de fluidez. Esto implica que sus lípidos y proteínas pueden desplazarse libremente en todas las direcciones, pero siempre sobre el plano de la membrana. La membrana plasmática está compuesta por una bicapa de fosfolípidos y proteínas. Las proteínas se dividen en dos grandes grupos: a) proteínas integrales: atraviesan la membrana de lado a lado; b) proteínas periféricas: están en contacto con la membrana, pero no la atraviesan. Cumplen distintas funciones, como por ejemplo: enzimas reguladoras, receptores hormonales, transportadoras y canales controladores del movimiento de iones y moléculas a través de la membrana plasmática. TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS CELULARES La bicapa de fosfolípidos es permeable a moléculas polares sin carga pequeñas como el agua, o no polares como el O2 y el CO2, pero es impermeable a iones o moléculas polares grandes como la glucosa y los aminoácidos, que van a poder entrar a la célula gracias a las proteínas. TIPOS DE TRANSPORTE - DIFUSIÓN SIMPLE: El transporte se realiza entre compartimientos separados por una membrana permeable a ese soluto, se denomina difusión simple, no requiere de otra energía adicional que no sea el movimiento de las moléculas, desplazándose éstas a favor de su gradiente de concentración. Las moléculas que se movilizan por difusión simple son las no polares y pequeñas, las liposolubles y las polares pequeñas, pero sin carga eléctrica neta, como el H2O. En el caso particular del H2O, la difusión simple se denomina ósmosis. - DIFUSIÓN FACILITADA: Como mencionamos anteriormente, hay sustancias que no pueden atravesar la membrana debido a su polaridad y/o a su tamaño. La difusión facilitada ocurre siempre a favor del gradiente, por lo tanto no requiere gasto de energía. Puede tratarse de un gradiente de concentración (las moléculas se dirigen del compartimiento de mayor concentración hacia el de menor concentración) o de un gradiente de potencial eléctrico (el soluto con carga eléctrica, independientemente de su signo, se desplazará de una zona donde la carga sea mayor hacia otra donde la carga sea menor). En este tipo de transporte intervienen proteínas de membranas denominadas proteínas carriers o permeasas. Estas proteínas fijan la molécula de sustrato y a continuación sufren un cambio conformacional reversible que les permite transportar el soluto de un lado al otro de la membrana. No se requiere gasto de ATP, ya que es el propio gradiente el que impulsa el pasaje a través de los transportadores. Canales iónicos: Existen canales iónicos en todas las células, tanto en la membrana plasmática como en las membranas de los organoides. Son altamente selectivos, porque cada canal sólo puede transportar un tipo de ión (K+, Na+, etc.). La mayoría de los canales no permanecen abiertos permanentemente, sino que se abren en respuesta a estímulos. Estos estímulos pueden ser tanto la presencia de una sustancia inductora como una modificación de la carga eléctrica de la membrana. - TRANSPORTE ACTIVO: En determinados momentos las células deben importar moléculas que están en menor concentración en medio extracelular que en el citoplasma y necesitan mantener constante la composición iónica intracelular. Es un transporte que se realiza en contra del gradiente, ya sea éste de concentración o eléctrico y, en consecuencia, se requerirá gasto de energía en forma de ATP. El transporte activo se realiza por medio de bombas y también presenta formas de monotransporte, cotransporte y contratransporte MECANISMOS DE INTERCAMBIO CON FLUJO DE MEMBRANA En una célula no sólo ingresan y salen iones y pequeñas moléculas sino que también ingresan o salen partículas de mayor tamaño. Este tipo de transporte involucra siempre gasto de ATP, ya que la célula realiza un movimiento general de su estructura, particularmente de la membrana plasmática y del citoesqueleto. - ENDOCITOSIS: En este proceso, una extensión de la membrana rodea progresivamente al material que será internalizado, formando una vesícula endocítica. Posteriormente, el material incorporado es digerido por los lisosomas. Dependiendo del material que ingrese a la célula se pueden distinguen tres tipos de endocitosis: 1) Fagocitosis, implica la ingestión de partículas de gran tamaño, como microorganismos, restos celulares, inclusive de otras células, por medio de vesículas llamadas fagosomas. 2) Pinocitosis, es la incorporación de líquido y de partículas disueltas en él por medio de pequeñas vesículas. 3) Endocitosis, mediada por receptor: determinadas moléculas (ligandos) que la célula incorpora son reconocidos por receptores específicos, ubicados en la membrana plasmática MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Barrera de permeabilidad altamente selectiva ( 8nm) Esta constituida por lípidos y proteínas Formada por una bicapa fosfolipídica hidrofílíca en el exterior e hidrofóbica en el interior Los grupos hidrofílicos se asocian con el agua, proteínas hidrofílicas y oras sustancias cargadas como iones metálicos Ca2+ y Mg2+ Principales funciones de la membrana citoplasmática Proteínas de membrana están implicadas en el transporte y otras funciones a través de la membrana LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA COMO BARRERA DE PERMEABILIDAD Tres sistemas de Transporte de Membrana • Por lo menos tres tipos de transportes • Transporte simples • Transporte tipo fosfotransferasa • Transporte tipo ABC (ATP-binding cassette) El transporte simple y el sistema ABC transportan sustancias sin modificarlas químicamente, mientras que la translocación de grupo ocasiona la modificación química (fosforilación) de la sustancia transportada Estructura de los Transportadores Transmembranales y tipos de procesos de transporte 12 moléculas proteícas alineadas en círculo formando un canal a través de la membrana (12 hélices de tipo alfa que se pliegan hacia atrás y adelante Las tres clases de transportadores son • Uniportadores (unidireccional) • Simportadores (co-transporte) • Antiportadores En los casos de transporte de tipo antiporte y simporte , la molécula co-transportada se indica en amarillo Sistema de transporte ABC (ATP-binding cassette) Transporte dependiente de proteínas periplasmáticas de unión Diverso (200 tipos diferentes de transporte en procariotas) familia de Pr homólogas Proteínas periplasmática – alta afinidad por sustrato (10-6 M) Proteína trans-membranales Proteína ATP quinasa hidrolítica Exportación de proteínas • Esencial para ayudar al transporte de enzimas para atacar nutrientes insolubles (almidón) o toxinas proteicas • Las Proteínas son exportadas a través de la acción de proteínas llamadas translocasas , que son específicas para el tipo de proteínas exportada •E.j. translocasa Sec YEG= proteína de membrana PARED CELULAR PEPTIDOGLICAN, MUCOPÉPTICO O MUREINA Responsables de la forma y la rigidez Únicamente en Bacteria La resistencia de la pared se debe a la presencia de peptidoglucano que consiste en dos tipos de azúcares poco comunes unidos a péptidos cortos. • Glicanos (polisacárido) base que consiste de Murámico N-acetil (Mur) N-acetil glucosamina (Gln) • Cadenas laterales de péptido que contiene Acidos D-y L-aminoácidos Acido diaminopimélico (en algunos casos) • Las cadenas laterales forman reticulados por puentes peptídicos que varían en estructura entre las especies bacterianas. Figure 7 - The Gram positive cell wall Figure 1 - Gram negative cell wall Gram positivas Gram negativas De acuerdo a sus propiedades de tinción a las eubacterias (bacterias verdaderas, parea diferenciarlas de las arqueobacterias) con pared se las divide en dos grandes grupos: Grampositivas y Gramnegativas, que difieren en la absorción del colorante de Gram. EUBACTERIA y ARCHAEA Diferencias • La rígida pared celular que encierra las células bacterianas contiene peptidoglicano, pero las paredes celulares de los arqueos carecen de esta sustancia exclusivamente bacteriana y poseen pseudopeptidoglicano, glicoproteínas o proteína dispuesta en simetría hexagonal (capa superficial paracristalina-Capa S) • La estructura y composición de otros componentes celulares como las membranas plasmáticas, los ribosomas y las ARN polimerasas. • Las características fundamentales de procesos básicos como la transcripción y la traducción. PARED CELULAR DE BACTERIAS GRAM POSITIVAS NEGATIVAS Figure 7 - The Gram positive cell wall GRAM Figure 1 - Gram negative cell wall Coloración de Gram Alcohol disuelve los lípidos de la pared bacteriana Figure 1 - A Gram stain of Gram + Staphylococcus cells. Figure 2 - Gram stain of Gram - E. coli cells Property Gram Positive Gram Negative Thickness of wall 20-80 nm 10 nm Number of layers in wall 1 2 Peptidoglycan content >50% 10-20% Teichoic acid in wall + - Lipid and lipoprotein content 0-3% 58% Protein content 0% 9% Lipopolysaccharide 0 13% Sensitive to penicliiin + - (not as) Digested by lysozyme + - (not as much) Figure 3 - A comparison of cell wall types GRAM POSITIVA GRAM NEGATIVA • PEPTIDOGLICAN Subunidad :repeticiones alternadas de Nacetilglucosamina y ácido N-acetilmuramico – él último se une por enlaces cruzados entre cadenas cortas de péptidos (L-alanina, D-alanina, D-ácido glutámico, y lisina o Ácido diaminopimélico) . • Gram positivas – varias hojas de péptidoglican • Gram negativas – una o dos hojas de péptidoglican El tetrapéptido de la unidad repetitiva muestra únicamente variación en un AA : LisDAP M= ácido N- acetilmurámico G= N-acetilglucosamina 100 variaciones de pared y la máxima variación se da en el puente de conexión Se destaca D-alanina y D-glutámico El NAM y DAP no se encuentra en eucariotas Enlaces tetrapéptidicos cruzados formados por los aminoácios De una cadena de peptidoglican con otra que proveen a la pared de los procariotas de una extrema fuerza y rigidez. Puente (glicina, serina,treonina aspártico) PARED CELULAR DE BACTERIAS GRAM-POSITIVAS MUREINA mas ácidos teicoicos cargados negativamente – glicerolfosfato o ribitolfosfato Probablemente los aminoácidos y los azúcares también están unidos. Carga total negativa unida a Ca++ y Mg++ . Con lípidos = ácidos lipoteicoicos Ésteres fosfato PROTOPLASTOS Y LISOZIMA • ALGUNOS PROCARIOTAS SON PROTOPLASTOS = pérdida de pared Protoplastos naturales membranas inusualmente fuertes :Mycoplasmas tienen esteroles.Thermoplasma (Archaea) no tiene pared membranas especiales (calorácido) o viven en hábitats osmóticamente protegidos (como el cuerpo de los animales Ej: formas L (Instituto Lister ) •Protoplastos se pueden obtener por tratamiento con lisozima La lisozima fue descubierto por Alexander Fleming (penicilina) Se encuentra en virus bacterianos, lágrimas, saliva. Esferoplastos Variaciones extremas de morfología de Mycoplasma pneumoniae 71 Bacterias que carecen de pared celular • Ejemplo: Mycoplasma • Especies de Mycoplasma tiene formas extremadamente variables ya que no tienen pared celular rígida. • algunos Mycoplasmas causa una forma suave de neumonía. • Ni la penicilina ni la lisozima afecta a estos organismos • Mycoplasma y otras bacterias pueden sobrevivir sin pared celular ya que su membrana es más resistente debido a la presencia de esteroles Thermoplasma (Archae) Pared de Archae • La pared de Archae de pseudopeptidoglicano, que formado por ácido Nacetiltalosaminurónico que reemplaza al ácido N-acetilmurámico del peptidoglican.•El esqueleto del pseudopeptidoglican se une por enlaces β-1,3 en lugar de enlaces β-1,4 del peptidoglican •Pared formada puede estar formada por proteínas, polisacáridos o glicoproteínas Ej Methanosarcina (glucosa, ac glucurónico, galactosamina. Acetato) Halococcus (sulfato) Archaea también tienen un capa paracristalina (capa S) proteína/ glicoproteina simetría hexagonal. Barrera de permeabilidad externa y elementos de protección Pared de las Bacterias Gram negativas Membrana externa de Bacterias of Gram-negativas • Bacterias Gram-negativas se caracterizan por una membrana externa de lipopolisacárido (LPS), proteína y lipoproteína Lipopolisacárido esta compuesto por Lípido A: Unión aminoéster a un disacárido NAG-P (àcidos orgánicos: caproico, láurico, mirístico, palmítico y esteárico) Núcleo de polisacárido (,cetodoxioctonato(KDO),heptosas.gal y glu y NAG Polisacárido O-específico (glu, manosa, gal. ramnosa y dideoxiazúcares abecuosa, paratosa,etc secuencias de 4 o 5 unidades repetidas • Lípido A del LPS tiene propiedades de endotoxina, que puede causa graves síntomas en humanos Salmonella. Shigella Escherichia • Lipido A es un potente modificador de la respuesta biológica que puede estimular el sistema inmune de los mamíferos . – Durante la enfermedad infecciosa causada por Bacterias Gram- negativas , La endotoxina liberada de las células que se multiplican tiene efectos similares sobre animales y contribuyen a los síntomas y patología de la enfermedad . Relativamente permeable a pequeñas moléculas debido a las porinas: canales de tres subunidades idénticas de 1 nm de diámetro para pequeñas moléculas de bajo peso molecular Porinas específicas e inespecíficas Espacio periplasmático: 12 a 15 nm entre la membrana citoplasmática y la superficie interna de la membrana externa: enzimas hidrolíticas, proteínas de unión y quimiorreceptores Relación entre la pared celular y la coloración de Gram Gram Positiva Gram Negativa La coloración de Gram Se cubre el frotis con cristal violeta 1 min Se adiciona una solución de Yodo-iodurada 1 min Se decolora con alcohol brevemente 20 sec Contra-coloración con fucsina zafranina 1min Figure 1 - A Gram stain of Gram + Staphylococcus cells. Figure 2 - Gram stain of Gram - E. coli cells El alcohol penetra rápidamente la membrana enriquecida de lípidos de las bacterias gram-negativas y extrae el cristal insoluble formado por el complejo violeta-ioduro de la célula Estructuras de superficie e inclusiones celulares • Son opcionales: producidas por algún tipo de procariotas pero no por otras Estructuras especiales de los procariotas Cápsula Bacteriana Glicocalix: cápsula y capa mucosa Glicocálix: material polisacarídico que se extiende alrededor de la célula Cápsula: matriz rígida que excluye a los Colorantes Capa mucosa: se deforma fácilmente Algunas bacterias poseen por fuera de la pared una cápsula de polisacáridos y su presencia se asocia a la actividad patogénica, ya que la CÁPSULA puede interferir con la fagocitosis que efectúan los glóbulos blancos del huésped. Composición química: -Polisacáridos -Proteínas Cápsula: estructura rígida Capa mucosa: se deforma con facilidad y no excluye partículas Las bacterias encapsuladas son menos fagocitadas 88 080506 Möllby 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 DIFERENCIAL Tinción de cápsulas Se trata de una tinción negativa usando tinta china que permite determinar la presencia de cápsulas polisacarídicas. DIFERENTES ASPECTOS DE LA CAPSULA BACTERIANA Klebsiella pneuminiae Bacillus antrhacis Streptococcus pneumoniae Flagelos y Movilidad Movilidad por la mayoría de los microorganismos es llevada acabo por flagelos En procariotas el flagelo es un filamento largo y fino (20nm). Forma helicoidal muestra una distancia constante entre dos curvas o vueltas adyacentes longitud de onda 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 de flagelo . Flagelos Membr externa Peptidoglicano Membr plasmática • Para su movilidad muchas bacterias poseen flagelos que sonestructuralmente diferentes del flagelo eucariota. • Están constituidos por monómeros de una pequeña proteína globular llamada flagelina. • Forman una estructura tubular hueca. • No está encerrado en la membrana celular como en los eucariotas, sino que sale de la célula como un filamento proteínico desnudo a lo largo de la superficie bacteriana. • Está incrustado en la membrana citoplasmática. • Le permite a las bacterias moverse como por acción de hélice. Estructura de un flagelo bacteriano Diferentes disposiciones de flagelos bacterianos Monotrica Lofotrica Anfitrica Peritrica Pseudomonas Escherichia coli 080506 Möllby Proteus 99 Flagelos y Movilidad Flagelo polar (a) los flagelo se ubica a un lado o ambos lados de la célula (b) Flagelos peritricos (d) y (e)los flagelos se insertan en distintas ubicaciones alrededor de la superficie celular El Flagelo está compuesto de la proteína flagelina 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 1 rotación /1000 H* Los flagelos mueven la célula por rotación muy parecido a la propulsión de un motor de bote Alcanzan un movilidad de aproximadamente 60 largos de la célula /segundo. Rotor y estator: fuerzas electrostáticas con las proteínas ubicadas helicoidalmente Movilidad por deslizamiento Los procariotas se pueden mover por deslizamiento No emplea flagelos sino que reptan a lo largo de una superficie sólida (células filamentosas ej cianobacterias, Bacterias Gram negativas ej mixobacterias)(10 μm/seg) la secreción de polisacárido mucoso Flavobacterium johnsoniae: movimiento de proteínas de superficie impulsan a la célula en mecanismo del tipo de cadena continua 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 (cambios temporales no espaciales) Taxia i tactismo: movimiento dirigido Quimiotaxis: respuesta a agentes químicos Fototaxis : respuesta a la luz En el proceso de quimiotaxis de una bacteria peritrica Movimiento al azar realizan carreras se desplazan hacia delante y volteretas, cambia la dirección al azar. La presencia de una sustancia atrayente acarrea frecuentes corridas y volteretas más escasas. Participan quimioreceptores de membrana . Estructuras especiales de los procariotas Pili Bacteriano Pili Bacteriano • • • • Proyecciones similares a pelos cortos. Estan constituídos por la proteína PILINA. Ayuda en la adhesión a la base de epitelio. (Por ejemplo, la córnea) Especial (largo) F-pili para la conjugación Pili o Fimbrias • Pelos cortos parecidos a proyecciones. No confieren movilidad. Naturaleza proteica • Ayudan en la adhesión al epitelio del hospedador (e.g. cornea) • Especiales (más largos) pili para conjugación • Pili tipo IV. Movilidad a tirones.(Moraxella y Pseudomonas Funciones del pili: unir las bacteriasas, fuentes alimenticias o a dos bacterias en conjugación (transmisión de ADN entre bacterias). La mayoría de los procariotas se reproducen por división celular simple, también llamada fisión binaria. 1) El cromosoma se une a la membrana 2) ADN se replica 3) Membrana celular y pared celular se invaginan en forma envolvente 4)Las células hijas se separan NOTA: Los plásmidos que se replican de forma independiente Cuando se multiplican los procariotas, se producen clones de células genéticamente idénticas. Plásmido Reproducción bacteriana Fisión Binaria Conjugación Bacteriana Intercambio genético en bacterias Sin embargo, suelen ocurrir mutaciones y éstas, combinadas con el rápido tiempo de generación de los procariotas, son responsables de su extraordinaria adaptabilidad. Una mutación en genética y biología, es una alteración o cambio en la información en los genes de un ser vivo (muchas veces por contacto con mutágenos) y que, por lo tanto, va a producir un cambio de características de éste. Las mutaciones se presentan súbita y espontáneamente, y se pueden transmitir o heredar a la descendencia. La unidad genética capaz de mutar es el gen que es la unidad de información hereditaria que forma parte del ADN. El ácido desoxirribonucleico, abreviado como ADN, es un ácido nucleico que contiene instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus , y es responsable de su transmisión hereditaria . El papel principal de la molécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo de información. Contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células , como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes , pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética. Desde el punto de vista químico , el ADN es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (la desoxirribosa ) una base nitrogenada (que puede ser adenina →A,timina →T, citosina →C , guanina →G) un grupo fosfato que actúa como enganche. Lo que distingue a un nucleotido de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena es la que codifica la información genética: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser: ATGCTAGATCGC... En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno. Para que la información que contiene el ADN pueda ser utilizada por la maquinaria celular, debe copiarse en primer lugar en unos "trenes" de nucleótidos, más cortos y con unas unidades diferentes, llamados ARN. Las moléculas de ARN se copian exactamente del ADN mediante un proceso denominado transcripción. Una vez procesadas en el núcleo celular , las moléculas de ARN pueden salir al citoplasma para su utilización posterior. La información contenida en el ARN se interpreta usando el código genético, que especifica la secuencia de los aminoácidos de las proteínas, según una correspondencia de un triplete de nucleótidos (codón ) para cada aminoácido. El diccionario "secuencia de nucleótido-secuencia de aminoácidos" permite el ensamblado de largas cadenas de aminoácidos (las proteínas) en el citoplasma de la célula. Por ejemplo, en el caso de la secuencia de ADN indicada antes (ATGCTAGATCGC...), la ARNpolimerasa utilizaría como molde la cadena complementaria de dicha secuencia de ADN (que sería TAC-GAT-CTA-GCG-...) para transcribir una molécula de ARNm que se leería AUG-CUA-GAU-CGC-... ; el ARNm resultante, utilizando el código genético, se traduciría como la secuencia de aminoácidos metionina -leucina -ácido aspártico -arginina -... Las secuencias de ADN que constituyen la unidad fundamental, física y funcional de la herencia se denominan genes . Cada gen contiene una parte que se transcribe a ARN y otra que se encarga de definir cuándo y dónde deben expresarse . La información contenida en los genes (genética) se emplea para generar ARN y proteínas , que son los componentes básicos de las células, los "ladrillos" que se utilizan para la construcción de los orgánulos u organelos celulares , entre otras funciones. Dentro de las células, el ADN está organizado en estructuras llamadas cromosomas que, durante el ciclo celular , se duplican antes de que la célula se divida . Los organismos procariotas (bacterias y arqueas ) lo almacenan en el citoplasma de la célula. Los virus ADN lo hacen en el interior de la cápsida de naturaleza proteica. Existen multitud de proteínas, como por ejemplo los factores de transcripción , que se unen al ADN dotándolo de una estructura tridimensional determinada y regulando su expresión. Los factores de transcripción reconocen secuencias reguladoras del ADN y especifican la pauta de transcripción de los genes. El material genético completo de una dotación cromosómica se denomina genoma y, con pequeñas variaciones, es característico de cada especie . La definición de mutación a partir del conocimiento de que el material hereditario es el ADN y de la propuesta de la doble hélice para explicar la estructura del material hereditario (Watson y Crick,1953), sería que una mutación es cualquier cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN. Cuando dicha mutación afecta a un sólo gen, se denomina mutación génica. Cuando es la estructura de uno o varios cromosomas lo que se ve afectado, mutación cromosómica. Y cuando una o varias mutaciones provocan alteraciones en todo el genoma se denominan, mutacion genomica. En la transformación los fragmentos de ADN liberados por una célula rota son tomados por otra célula bacteriana. En la transducción, el material genético de una bacteria es llevado hasta la otra por medio de un bacteriófago (virus que infecta a la bacteria). En la conjugación dos células intercambian material genético, a través de las vellosidades sexuales o vellosidades F que son pelos largos, delgados y huecos por el que pasan los fragmentos de ADN de una bacteria a otra o un plásmido. Una adaptabilidad adicional es provista por las recombinaciones genéticas que son resultado de procesos de conjugación, transducción y transformación. La CONJUGACIÓN BACTERIANA es el proceso de transferencia de material genético entre una célula bacteriana donadora y una receptora mediante el contacto directo o una conexión que las una. La conjugación bacteriana a menudo es considerada el equivalente bacteriano a la reproducción sexual o al apareamiento debido a que implica el intercambio de material génico. Durante la conjugación la célula donadora provee un elemento génico móvil o conjuntivo que generalmente es un plásmido o transposón. Requiere contactos directos entre ambas células, con intervención de estructuras superficiales especializadas y de funciones específicas (pili sexuales en los Gram negativos, y contacto íntimo en los Gram positivos). La información génetica transferida a menudo beneficia al receptor. Las ventajas pueden incluir resistencia antibiótica, tolerancia xenobiótica o la capacidad de usar nuevos metabolitos. Conjugación La TRANSDUCCIÓN es un proceso mediante el cual el ADN es transferido desde una bacteria a otra mediante la acción de un virus. También se utiliza para designar al proceso mediante el cual ADN exógeno es introducido en una célula mediante un vector viral. Esta es una herramienta que usualmente utilizan los biólogos moleculares para introducir en forma controlada un gen extraño en el genoma de una célula receptora. Cuando los bacteriófagos (virus que infectan bacterias) infectan una célula bacteriana, su modo normal de reproducción consiste en capturar y utilizar la maquinaria de replicación, transcripción, y traducción de la célula de la bacteria receptora para producir gran cantidad de virones, o producir partículas virales, incluido el ADN o ARN viral y la cubierta de proteína. TRANSFORMACIÓN es el término utilizado para las alteraciones genéticas resultantes de introducir ADN por virus (transducción) o por contactos intercelulares entre bacterias (conjugación). A la transformación de células animales se le llama transfección. El término transformación es también usado, de manera más general, para describir mecanismos de transferencia de ADN o ARN en biología molecular (es decir, teniendo en cuenta más que las consecuencias genéticas). Por ejemplo la producción de transgénicos como maíz transgénico requiere la inserción de nueva información genética en el genoma del maíz usando el mecanismo apropiado de transferencia de ADN; el proceso se le llama comúnmente transformación. El ARN también puede ser transferido en las células usando métodos similares, pero esto no provoca normalmente cambios heredables y por lo tanto no es transformación real. Esporas 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 • Endospores can remain dormant indefinitely but germinate quickly when the appropriate trigger is applied. ENDOSPORA BACTERIANA 10 al 30% de agua de la célula Enzimas inactivadas pH una unidad menor SASPs pequeñas proteínas ácido solubles de la espora Proceso de esporulación 200 genes spo sps Estructura de resistencia y latencia Esporas de Bacillus stearothermophilus son empleadas para el control de esterilización por calor Esporas de Bacillus anthracis se emplearon en la guerra biológica Germinación: •Activación, germinación y crecimiento •Se hacen hervir las esporas duante unos 15 min, para que germinen a células vegetativas y luego se siembran en medio de cultivo adecuado y se observa el crecimiento de las bacterias vegetativas. Cuerpos intracelulares de reserva y cuerpos de inclusión Varían en tamaño, número y contenido. la bacteria los puede utilizar cuando hay depleción de nutrientes Ejemplos: glicogeno, poli-beta-hidroxibutirico , Gránulos de azufre y polifosfato Magnetosomas: son partículas cristalinas de Fe3 O 4 dipolo magnético, magnetotaxis proceso en el que se orientan o desplazan siguiendo un polo magnético Oxidan compuestos reducidos de azufre como sulfuro y tiosulfatos y se acumula azufre elemental Vesículas de gas : para flotación. Estructura hueca fusiforme,rígida, log 300 a 1000nm x 45 a 120nm. Membrana proteica impermeable al agua y solutos y permeable al gas GvpA y GvpC.
