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Citología y morfología bacteriana
Esquema• Microorganismos, qué son?.• Tamaño y forma• Diferentes formas de organización celular• Pared (gram +, gram-, Archaea)• Membrana.• Citoplasma y genoma. • Estructuras típicas:
– Fimbrias, pili, flagelo, endoesporas, inclusiones citoplasmáticas, cápsula.
• Diferencias entre Bacteria, Archaea y Eucarya.
PROCARIOTAS
CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS
TIPOS CELULARES DOMINIOS* (Woese et al.,1990)
TIPOS ORGANISMOS REINOS (Whittaker, 1969)• PROCARIOTA 1. BACTERIA :BACTERIAS COMUNES
(EUBACTERIAS)1. CIANOBACTERIAS (algas verde-azules)
2. ARCHAEAMICROBIOS EXTREMÓFILOS** (ARQUEOBACTERIAS): hipertermófilos, psicrófilos, halófilos, acidófilos, alcalinófilos, termoacidófilos, metanógenos
MONERA
Archaea (Archaebacteria
• Células Prokariotas. Al contrario de Bacteria y Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono ramificadas unidas al glicerol por uniones de éter y tienen una pared celular que no contiene peptidoglicano. Mientras que no son sensibles a algunos antibióticos que afectan a las Bacterias, son sensibles a algunos antibióticos que afectan a los Eukarya. Los Archae tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Bacterias y Eukarya. Viven a menudo en ambientes extremos e incluyen a los metanógenos, halófilos extremos, y termoacidófilos.
Bacteria (Eubacteria)
• Las Bacterias son células Prokariotas. Como los Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Tienen una pared celular conteniendo peptidoglicano, son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales, y tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Archaea y Eukarya. Incluyen a mycoplasmas, cyanobacteria, bacterias Gram-positivas, y bacterias Gram-negativas.
Eukarya (Eukaryota)
• Los Eukarya (escrito también Eucaria) son Eukariotas. Como las Bacterias, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Si tienen pared celular, no contiene ningún peptidoglicano. No son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales y tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferente de Bacterias y Archaea. Incluyen a protistas, hongos, plantas, y animales.
TAMAÑO: célula eucariota versus célula procariota
Tamaños
Formas
cocos bacilos espirilos
FORMA DE LAS BACTERIAS
Haloquadra walsbyi
Area de superficie vs. volumen
Tamaño pequeño intercambio más eficiente, permite mayor velocidad metabólica
Estructura celular
Pared celular
• Bacteria: – Gram positivo– Gram negativo– Sin pared
• Archaea: – Diversas estructuras– Sin pared
Funciones de la pared
• Rigidez (mantener la forma, evitar la lisis).
• Comunicación con el medio exterior.• Puede estar involucrada en
patogenicidad (LPS: lipopolisacáridos)
• Barrera para algunas moléculas. • Espacio periplásmico (enzimas de
transporte, hidrolíticas, etc.)
Formación de Protoplastos
Alta concentración de solutos
Baja concentración de solutos
Lisozima -- proteína que rompe el enlace glicosídico 1-4 en el peptidoglicano
Gram + Gram-Bacteria
MUREÍNA O PÉPTIDO-GLICANOCompuesto químico característico de bacterias.
Estructura del Peptidoglicano
Pared Celular Gram Positiva
Acidos Teicoicos
Polisacáridos ácidos de paredes de Gram positivosUnidos covalentemente al peptidoglicano(OH del C6 de NAM)
Atraviesan la pared y alcanzan la superficie de la bacteria
Unión hidrofóbica a la membrana celular
Otros compuestos químicos característicos de la pared de
Gram+• Ácidos teicurónicos
• Ácidos micólicos
Membrana Externa de Gram Negativos
Porinas - proteinas que permiten el pasaje de moléculas pequeñas a través de la membrana -- específicas e inespecíficas
Lipopolisacárido (LPS)
Solo en bacterias Gram negativas Parte de la membrana externa
Lipopolisacárido (LPS)• Lípido A (NAG-P + grupos acilos) • Núcleo del polisacárido
– contiene KDO (cetodesoxioctonato) otros carbohidratos (ramnosa, ácido galacturónico)
– usualmente específico de especies • O-antigeno
– número de repeticiones variables – también contiene carbohidratos – específico de cepa
• A menudo tóxico para animales - endotoxina• Crea superficies densamente hidrofílicas
• Algunas bacterias no poseen pared
• Mycoplasma, Chlamydia.
• Membrana celular mas gruesa pueden tener esteroles y lipoglicanos.
• Pleiomórficos
Pared celular de Archaea
• No contiene peptidoglicano• Puede ser de
– pseudopeptidoglicano (pseudomureina) tiñe G+
– pseudomureina cubierta de proteina,tiñe G+– monocapa superficial de proteina o
glicoproteina, sin pseudomureina (alg halófilos, alg.metanogénicos y termoacidófilos) tiñe G-
• Existen Archaea sin pared
Funciones de la pared
• Rigidez y resistencia osmótica (mantener la forma, evitar la lisis).
• Comunicación con el medio exterior.• Puede estar involucrada en
patogenicidad (LPS)• Barrera para algunas moléculas
(porinas en gram negativos). • Espacio periplásmico (enzimas de
transporte, hidrolíticas, etc.)
Cómo se sintetiza la pared?
Síntesis de Peptidoglicano
•Bactoprenol (C55 alcohol isoprenoide) -- carrier lipídico que transporta el disacáride pentapeptido del citoplasma al periplasma y lo inserta en la pared celular en crecimiento•La transpeptidación, es inhibida por penicilina
Transpeptidación
Inhibido por la penicilina G.
Síntesis de peptidoglicano: transpeptidación
Inhibido por la penicilina G.
Síntesis de la pared celular
La pared celular se abre por autolisinas y se deposita nuevo péptidoglicano
Estructura:• Bicapa fosfolipídica con proteínas
embebidas; puede contener también hopanoides de estructura similar al colesterol.
• En Archaea, éteres de alcohol isoprenoide, algunas forman monocapas.
La membrana celular
Estructura de la Membrana Citoplasmática
Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen diferentes
enlaces químicosEster - Bacteria Eter - Archea
Funciones de Membrana Citoplasmática
• Barrera de Permeabilidad– sólo moléculas pequeñas, sin carga,
hidrofóbicas, pueden atravesar la membrana por difusión.
• Ancla de Proteínas – transporte, generación de energía, quimiotaxis
• Generación de fuerza proton motriz En fototrofas: Intracitoplasmáticas, soportan el
aparato fotosintético(Vesículas, túbulos, tipo tilacoides)
• Síntesis de pared, y estructuras extracelulares.
Membrana citoplasmática de E.
coli
Estructura celular procariota - DNA• No tiene membrana nuclear. El DNA está en el citoplasma:
“nucleoide” : zona que ocupa el DNA.
• Es haploide. Genoma: una única molécula de DNA de doble cadena, circular.
• El genoma contiene 1 - 6 x 106 pares de bases (bp) en procariotas de vida libre; 1000-5000 genes
• No contiene histonas.
• Puede contener otros elementos genéticos no indispensables para la vida: plásmidos y genomas fágicos.
Procariotas
• No tienen membrana nuclear.
– No hay procesamiento del ARNm
– La transcripción está ligada a la traducción.
Tamaño del Genoma
DNA Cromosomal
Citoplasma
• Proteínas (enzimas, complejos enzimáticos, estructurales)
• Ribosomas (70S (Sverdberg): 55 proteínas, rRNA 5S, 16S, 23S)- polisomas
• mRNA, tRNA• Otras macromoléculas, solutos• Sin estructura visible al microscopio• No tienen citoesqueleto.
Estructuras características
• Estructuras con funciones específicas.• No todos los microorganismos las
tienen.• Son características de género y especie
(taxonomía)• Ejemplos:
– fimbrias, flagelo, pili, endoespora, cápsula, inclusiones citoplasmáticas
FlagelosFlagelos
• Apéndices filamentosos helicoidales.
• Movilidad bacteriana.• Presentes solo en
bacilos.• Formado por: cuerpo
basal, un gancho y un filamento externo (flagelina).
• Buenos inmunógenos.• Antígenos flagelares se
denominan antígenos “H”.
… … flagelosflagelos
• Disposición:– Peritrica, Monotrica,
Lofótrica y Anfitrica• Rotacion:
– Rotación de anillos en el cuerpo basal.
– Rotación antihoraria, movimiento hacia adelante:corridas.
– Rotación horaria ,cese del movimiento hacia adelante: vueltas
– Corridas/ Vueltas controladas por quimioatrayentes y repelentes
Fimbrias o pili
• Microfibrillas parecidas a pelos que rodean ha algunas Gram (-).
• Constituidas por el ensamblaje de una proteína estructural “pilina”.
• Posee propiedades de adhesina.• Fimbrias tipo 1, que se adhieren a residuos
de manosa.
… Pili sexualPili sexual
• Son mas largos.• 2 – 3 por célula.• Se comportan
como adhesinas.• Intercambio
génico entre bacteriasCONJUGACION
ExopolisacáridosExopolisacáridos
• Cubierta de naturaleza polisacarida que rodea un bacteria.
• Sintetizados en MC., atraviesan PC y se establecen afuera.
• Se clasifican en:– Capsula.– Glicocalix.
… … CápsulaCápsula• Sustancia mucosa o viscosa.• Unión firme a las bacterias• Rígidas• Protegen a las bacterias de la fagocitosis.• Factor de virulencia.• Poseen los antígenos capsulares “k”.• Debido a estructura fibrilar hidratada, no
se tiñen con tinciones habituales.• Tinción negativa o Tinta china.
… … GlicocalixGlicocalix
• Es Flexible• Participa en la formacion de biopeliculas.• Forma colonias rodeadas de glicocalix.• Protegen de fagocitosis o accion de
antimicrobianos.
EsporaEspora
• Dos géneros: Bacillus sp. y Clostridium sp.
• Se originan dentro de la célula vegetativa.
• Se libera por lisis celular.
• Se produce en condiciones adversas.
• Forma muy resistente (dipicolinato de calcio y deshidratación).
• Morfología– Apariencia birrefringente.
• No se tiñe con colorantes habituales
– Esférico u oval– Diámetro: de 0.2 a 2.0 µ– Deformante ( Clostridium ) No deformante
( Bacillus )
Fromación de esporas
A- el ADN se duplica y enrolla alrededor del eje central (filamento axial)
B- Uno de los cromosamas se rodea de membrana plasmática.
C- el protoplasto es rodeado por la célula madreD- se sintetizan las cubiertas de la espora.E- se elimina agua, se forma estructura resistente al calor.F- se libera la espora por lisis de la célula madre.En B. subtilis 6-7 horas, 50 genes.
DIFERENCIAS CEL. VEGETATIVA VS. DIFERENCIAS CEL. VEGETATIVA VS. ENDOSPORASENDOSPORAS
Característica Célula vegetativa
Endoespora
Contenido de Calcio
bajo alto
Pequeñas proteínas
solubles en ácido
ausentes presentes
Contenido de agua 80-90% 10-25%
pH citoplasma 7 5.5-6
Actividad enzimática
elevada baja
Metabolismo elevado Bajo o ausente
Resistencia: calor, radiación,
compuestos químicos
baja elevada
Sensibilidad lisozima
Sensible Resistente
Inclusiones citoplasmáticas
• Algunas bacterias tienen estructuras internas– gránulos de almacenamiento -
polifosfato,azufre, polihidroxibutirato (PHBs)– vesículas de gas – flotación– Carboxisomas, clorosomas.
Inclusiones citoplasmátic
as
Organismos donde se
encuentran
Composición Función
Glicógeno Varias bacterias (E. coli)
poliglucosa Reserva de C y energía
PolihidroxiButirato
Varias bacterias (Pseudomonas)
Polímero de dihidroxibutirato
Reserva de C y energía
Polifosfato Varias bacterias (Corinebacterium)
Polímeros de fosfato
Reserva de fosfato
Gránulos de S Fotótrofas del SLitótrofas del S
S elemental Reserva de S
Vesículas de gas
Bacterias acuáticas
Estructura proteica
flotación
Magnetosomas Algunas bacteris acuáticas
Magnetita Fe3O4
Orientación en campo magnético
Carboxysomas Bacterias autotróficas
Enzimas fijación de CO2
Fijación de CO2
Chlorosomas Bacterias verdes Lípidos, proteínas
bacterioclorofila
Captura de la luz
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
Peptidoglicano en la pared
SI NO NO
Esteroles en membrana
NO (hopanoide
s)
SI SI
Lípidos de membrana
Ester unidos a glicerol
Ester unido a glicerol
Eter, ramificados