Microbiología AmbientalTEORIA 2

Blga. Alicia R. Cañari Miranda

2da Unidad

-Estructura Microbiana. Morfología Bacteriana. Cápsula. Endosporas.-Genética bacteriana. Mecanismos de recombinación genética.

Objetivos

-Conocer e identificar las diferentes estructuras celulares microbianas-Conocer y representar la recombinación genética

Los niveles de organización

Niveles abióticos

Niveles bióticos

Particulas subatómicas

Átomos

Moléculas

Macromoléculas

Orgánulos

Células

Tejidos

Órganos

Aparatos y sistemas

Individuo

Población

Comunidad

Ecosistema

Ecosfera

-La célula es la unidad fundamental de la vida.

-Es la estructura más pequeña del cuerpo, capaz de realizar todos los procesos que definen la vida: respiración, movimiento, digestión y reproducción, aunque no todas las células pueden realizar todas estas funciones.

-La mayoría de las células son invisibles para el ojo humano.

RESEÑA HISTÓRICA

ROBERT HOOKE (1665)

Con sus observaciones postuló el nombre célula para referirse a los

compartimentos que encontró en un pedazo de corcho, al observar al

microscopio

ANTON VAN LEEUWENHOEK (1673)

Realizó observaciones de microorganismos de charcas,

eritrocitos humanos, espermatozoides.

THEODOR SCHWANN (1839)

Postuló el primer concepto sobre la teoría celular Las células son las

partes elementales tanto de plantas como de los animales.

RUDOLF VIRCHOW (1850)

Escribió: "Cada animal es la suma de sus unidades vitales, cada una de las

cuales contiene todas las características de la vida. Todas las células provienen de otras células".

El descubrimiento de la célula

1665Robert Hooke

Microscopio

Corcho

1674

Anthony van Leeuwenhoek

Microscopio

Animáculos

1831Robert Brown

Descubre el núcleo en las células vegetales

1838

Johannes Purkinje

Denomina protoplasma al liquido que llena la célula

Vegetales y animales están formados por células

Matthias Schleiden

Friedrich Schwann

1855

Rudolf Virchow

Toda célula proviene de otra preexistente

LA TEORÍA CELULAR

ESTABLECIMIENTO DE LA TEORÍA CELULAR• Matthias J. Schleider & Theodor Schwann

• Santiago Ramón y Cajal: Demostración de la teoría celular en el tejido nervioso

• Rudolph Virchow

1. La célula es la unidad estructural de los seres vivos.

2. La célula es la unidad funcional de los seres vivos.

3. La célula es la unidad reproductora

¿QUÉ ES LA CÉLULA?

La célula es la unidad anatómica de todo ser viviente.

Es la unidad de origen de todo ser vivo, toda célula proviene de otra célula.

Fisiológica de todo ser vivo porque cada célula representa un minúsculo organismo capaz de

desarrollar todas las funciones metabólicas del organismo.

(Organismos Unicelulares) (Organismos Pluricelulares)

DEFINICIÓN DE CÉLULA

TIPOS CELULARESPROCARIOTA

EUCARIOTAS

CÉLULA VEGETALCÉLULA ANIMAL

Procarionte/Eucarionte Característica Procariontes Eucariontes

Membrana nuclear Ausente Presente

ADN Desnudo y circular con histonasCromosomas Único MúltiplesDivisión celular Fisión binaria Mitosis o Meiosis

Mitocondria Ausente. Los procesos bioquímicos equivalentes

tienen lugar en la membrana citoplasmática

Presentes(con ribosomas 70S)

Cloroplasto en células vegetales(con ribosomas 70S)

Ribosoma 70S (50S + 30S) 80S (60S + 40S)Pared celular De mureína De celulosaNucléolos Ausentes Presentes

Sistema de Endomebranas Ausente Presente

Órganos de locomoción Flagelos (s/9+2) Cilios y flagelos(9+ 2)

LA CÉLULA PROCARIOTA (BACTERIA)1.- Bacteria: bacterium= bastón

de Tamaño Pequeño.

2.- ADN desnudo, cromosoma único. Tiene plásmidos (ADN extracromosómico)

3.- Ausencia de núcleo (se llama nucleoide).

4.- Ausencia de orgánulos membranosos.

5.- Ausencia del citoesqueleto.

6.- Pared celular rodeando a la membrana.

7.- Reproducción asexual (bipartición).

membrana plasmáticainclusiones

pared celular

flagelo

cilios

cromosoma

ribosomas

mesosomas

Nucleoide

Características

• Procariota: pro=primitivo, karyon=núcleo• Ribosoma 70S• Pared bacteriana• Ausencia de mitocondrias, RE, • Órganos de Movilidad• Cromosoma único• Plásmidos

Estructuras bacterianas

Estructuras obligadas: • Pared bacteriana. • Membrana citoplasmatica. • Citoplasma. • Ribosomas. • Nucleoide o cromosoma bacteriano.

Estructuras facultativas:

• Cápsula. • Flagelos. • Fimbrias o pili. • Esporas. • Plásmidos.

Estructura bacteriana

MORFOLOGÍA CELULAR

• MORFOS = FORMA Cocos Bacilos Espirilos Espiroquetas

CARACTERISTICA IMPORTANTE DE CLASIFICACIÓN BACTERIANA.

-Los vibrios, en forma de coma- Stella, en forma de estrella-Arcula, en forma de células planas o cuadrangulares-Rhizobium y Corynebacterium, son pleomórficas

MorfologíaCocos Bacilos Espirales

Esféricos pero pueden ser ovalados, alargados o con un lado aplanado

*Diplococos *Tétradas *Sarcinas *Estafilococos *Estreptococos

*Diplobacilos*Estreptobacilos*Cocobacilos

Las bacterias espirales pueden tener una o más vueltas, nunca aparecen rectas*Los espirilos poseen una morfología helicoidal típica*Las espiroquetas, tienen movilidad debido a un filamento axial

ClasificaciónMorfología

Morfología

Morfología de las bacterias

Tamaño

• Las bacterias son organismos microscópicos.• El tamaño de las células procariotas suele ser

menor que el de las células eucariotas. • Las bacterias varían de tamaño desde células

pequeñísimas de 0,1 um de ancho a las de más de 5 um de diámetro

.

TAMAÑOS COMPARATIVOS

VIRUS

BACTERIA

NÚCLEO CÉLULA

EUCARIOTA

1 micra

Crecimiento de las colonias• La morfología y tamaño de la colonia se utilizan para

identificar las especies de bacterias.

ESTRUCTURA CELULAR

ESTRUCTURA CELULAR

• PARED CELULAR GRAM (-) GRAM (+)• MEMBRANA CITOPLASMATICA• NUCLEOIDE (ADN)• INCLUSIONES• RIBOSOMAS• FLAGELOS

Pared celular bacteriana

• Estructura exclusiva de las bacterias

• Funciones:

- Confiere rigidez

- Responsable de la forma celular

- Barrera contra ciertos agentes tóxicos

• Componente básico: Peptidoglicano

• Las paredes celulares de procariotas son más complejas que las paredes celulares de eucariotes

• TIPOS:• GRAM ( + )• GRAM ( - )

Pared Celular BacterianaComposición química y estructura básica del peptidoglucano

• La unidad disacarídica repetitiva: Consiste en N-acetilglucosamina (NAG) unida por enlace ß(14) a N-acetilmurámico (NAM), unidas a cadenas tetrapeptidicas.

• El número de repeticiones (n) puede oscilar entre 10 y 100.

• Cadenas de glicanos: los monómeros se unen formando cadenas lineales NAG-NAM-NAG-NAM-NAG-NAM-------

-A cada molécula de ácido N-acetil-murámico se une una cadena lateral de tetrapéptidos, formada por 4 aminoácidos 1. L-alanina 2. D-glutamato 3. ADP………G(-) ADP, L-Lisina G(+) 4. D-alanina-Las cadenas laterales adyacentes de los tetrapéptidos pueden unirse una a otra directamente o a través de un puente peptídico cruzado, que consta de uno a cinco aminoácidos

• En bacterias Gram (+), la pared celular consta de varias capas de péptidoglican

• Las bacterias Gram (-) también contienen péptidoglican pero en una proporción más pequeña

Peptidoglicano o mureína

COMPONENTES GRAM (+)

ACIDO TEICOICO• Polisacárido ácido.• Están formados principalmente por un alcohol

(glicerol o ribitol) y fosfato y están unidos a las capas de péptido glican o a la membrana citoplasmática

• Aportan la carga negativa de la pared (útil para el transporte de iones a través de la pared celular)

Peptidoglicano

Membrana

citoplásmica

Ácidos teicoicos

ESTRUCTURA PAREDBACTERIAS GRAM POSITIVAS

Ácidos lipoteicoicos

Proteinas

COMPONENTES GRAM (-)

-Las bacterias Gram (-) también contienen péptido glican pero en una proporción muy pequeña y no poseen ácidos teicoicos-El péptido glican se encuentra en el espacio periplasmico y está unido covalentemente a las lipoproteínas de esta última membrana-La capa de péptido glican de las bacterias Gram(-) está rodeada de una membrana externa compuesta de lipoproteínas, lipopolisacáridos (LPS) y fosfolípidos

Bacterias GRAM negativas

Membrana citoplásmica

CITOPLASMA

PeptidoglicanoEspacio periplásmico

Lipopolisacárido LPS

Membrana

externa

Ag O

Core Lípido A

ProteinasPorinas

Lipoproteinas

Medio externo

Envuelta de Gram negativos

Diferencias Gram positivas y Gram negativas

Gram positivas Gram negativas

Tinción bacteriana

• Para identificar bacterias.• Ejemplo: tinción Gram

– Las células responden a la tinción de acuerdo a la complejidad y composición de su pared celular.

– Hay bacterias Gram(+), Gram(–)

• Tipo de tinción diferencial empleado para la visualización de bacterias.

• Basado en la composición de su PARED CELULAR.

• Sirve para determinar la morfología celular bacteriana y también para realizar una primera aproximación a la diferenciación bacteriana, considerándose Bacteria Gram (+) a aquellas que se visualizan de color violeta y Bacteria Gram (-) aquellas de color rosa.

TINCIÓN DE GRAM

Tinción GramBacteria Gram + Bacteria Gram -

Pared celular simple

Pared celular compleja

Capa de peptidoglucano gruesa

Capa de peptidoglucano fina

No capa externa de lipopolisacáridos

Capa externa de lipopolisacáridos

Retienen cristal violeta/iodo-color azul/violeta

Retienen safranina-color rojo/rosado

Cocos Gram PositivosDiplococos Gram Negativos

Bacilos Gram Positivos Bacilos Gram Negativos

TINCIÓN DE GRAM

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FORMA DE LAS BACTERIAS

Streptococcus espirilos

LPS (Lipopolisacárido)• La estructura del polisacárido consta de 2

porciones: el núcleo y el polisacárido O. • El núcleo (Lípido A)• El polisacárido O esta constituido por azucares

de 6 carbonos (glucosa, galactosa, ramnosa y manosa).

• La porción lipídica es denominada lípido A. (acido caproico, laúrico, mirístico, palmítico y

esteárico)

Lipopolisacárido (LPS)

Endotoxina

ENDOTOXINA

• La membrana externa de bacterias Gram negativas resulta toxica para los animales y humanos.

• Es responsable de síntomas de infección. • Se asocian al Lípido A.

DIFERENCIAS• GRAM POSITIVA Es mas ancha.

El 90% esta constituida por peptidoglicano.

10% acido teicoico.

• GRAM NEGATIVA

10% de la estructura es peptidoglicano.

Capa adicional de Lipopolisacáridos, Lipoproteínas, fosfolípidos

PORINAS

ZONA PERIPLASMATICA

Membrana externa, membrana interna

MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

• Rodea completamente a la célula.• Sirve de barrera selectiva.• Mantiene la integridad de la célula, y por

tanto la supervivencia bacteriana.• Es flexible debido a los fosfolípidos que la

componen.• Posee alta movilidad.

COMPOSICIÓN• Bicapa lipídica.• Fosfolípidos (Ácidos grasos/Glicerol)• Proteínas Integrales/Transporte Periplásmicas Periféricas de membrana• Se estabiliza por medio de puentes de hidrógeno.• Calcio y Magnesio

Membrana citoplásmica estructuraCapa externa

proteínaProteina formadora de

poro

fosfolípido

Capa interna

Membrana citoplásmicafunciones

PermeabilidadSistema de transporteTransporte de e-. Fosforilación oxidativaBiosíntesisFuente de energía Liberación de exoenzimas

CITOPLASMA BACTERIANOFormado 85 % por agua.

Matriz:Precursores

Fuentes de energía

Productos de desecho

Orgánulos:Ribosomas

Inclusiones

Capa interna de Membrana plasmática

NUCLEOIDE O CROMOSOMA BACTERIANO

Llamado también equivalente nuclear.

No posee membrana nuclear (de allí el termino nucleoide).

Formado por un único filamento de ADN (superenrollado).

Confiere sus peculiaridades genéticas a la bacteria. Regula la síntesis proteica.

NUCLEOIDE

Cápsula

Capa rígida que excluye partículas. Creada por depósitos de polisacáridos. Su composición química es variable. Función: adhesión al hospedero y evitar

fagocitosis. Factor de virulencia de la bacteria. Protege a la bacteria de la fagocitosis y

facilita la invasion. Permite la diferenciación en tipos serológicos Cápside, capa mucosa, glicocálix.

Streptococcus pneumoniae-cápsula

Apéndices• Flagelos: filamento

proteico involucrado en la motilidad. (Locomoción)

• Fímbrias o pilis

comunes: filamento

proteico corto, involucrado

en funciones de adhesión a

superficies.

• Pilis sexuales: unión a

célula receptora durante la

conjugación (intercambio

material genético)

FLAGELOS No están presentes en todas las bacterias. Estructuras proteicas, de mayor longitud que los pili. De estructura helicoidal y locomotores (responsables

de la motilidad bacteriana). Según la posicion de los flagelos tenemos bacterias:

Monotricas: un flagelo en un extremo o ambos. Lofotricas: varios flagelos en un extremo o ambos. Peritricas: flagelos en toda la superficie.

•Localización y número frecuentemente usados para distinguir bacterias.

– Solo detectado por técnicas de tinción específicas

– monotrico - único flagelo polar– anfitrico - uno en cada extremo– lofotrico - agrupados en un

extremo– peritrico - todo alrededor

Flagelos

DISPOSICIÓN

polar

lofotricos

anfitricos

peritricos

ESTRUCTURA FLAGELAR

• Forma helicoidal.• FILAMENTO Constituido por una proteína denominada

flagelina (forma y longitud).• GANCHO Une el filamento a la parte motora del flagelo.• CUERPO BASAL anclaje

CUERPO BASAL

• Pequeñas varillas centrales que atraviesan un sistema de anillos.

• GRAM (-): 2 pares de anillos: externos e internos

• Gram (+): el par más interno 1anillo: la capa de LIPOPOLISACARIDOS “L” 1 anillo en la capa de PEPTIDOGLICANO “P”Y 1 en la membrana citoplasmatica (S-M)

• PROTEÍNAS MOT: Proteínas que se encuentran en la membrana

plasmática. Gobiernan el motor flagelar, provocando la

rotación del filamento.• PROTEÍNAS FILI: Invierten la rotación del flagelo

Flagelos

FIMBRIAS

Estructuras cortas parecidas a pelos.

Visibles solo al Microscopio Electrónico.

Carentes de motilidad.

Los poseen fundamentalmente las Gram(-).

Intervienen en la adherencia de las bacterias al huésped.

Fimbrias Pilis sexuales

PILI/PELOS

• Son estructuralmente similares a las fimbrias.• Son más largos y solo existe uno o unos pocos

sobre la superficie. • También participan en el mecanismo de

patogénesis.• Participan en el proceso de conjugación

bacteriana (facilitando el intercambio de ADN)

ESPORAS Estructura presente en algunas especies bacterianas exclusivamente

bacilares. Producidas principalmente por los géneros Bacillus y Clostridium

Le permite a la célula sobrevivir en condiciones extremadamente duras.

Resistente a:CalorDesecación Radiación Ácidos Desinfectantes Químicos fuertes

Se coloca en una situación metabólica de inercia. Puede permanecer meses o años así. El esporo no se tiñe con los colorantes habituales y se identifica

como una zona clara, redondeada u ovalada, que contrasta con el resto de la bacteria que aparece coloreada.

• DNA protegido por ácido dipicolínico y proteínas

• Luego de la activación por stress, la disponibilidad de nutrientes dispara la germinación y el crecimiento

• La localización de la espora en la célula puede ser usada para la identificación

Clostridium botulinum

ESTRUCTURA

• (DENTRO DE LA CÉLULA)• Posee múltiples capas.• Exosporium (capa más externa) de naturaleza

proteica.• Cubiertas de la espora.• Córtex o corteza (peptidoglicano)

Inclusiones citoplasmáticas

• Algunas bacterias tienen estructuras internas:– gránulos de almacenamiento - polifosfato, sulfuro,

polihidroxibutirato (PHBs)– vesículas de gas – flotación– Carboxisomas

Vesículas de gas

Recombinación genética

Intercambio de genes entre 2 moléculas de DNA para formar nuevas combinaciones de genes en un cromosoma

A. Transformación:Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive. Sólo algunas bacterias pueden ser transformadas. Las que pueden serlo se dice que son competentes.

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B. Conjugación:Es un mecanismo mediante el cual una bacteria donadora (bacteria F+ por tener un plásmido llamado plásmido F) transmite a través del pili el plásmido F o también un fragmento de su ADN a otra bacteria receptora, a la que llamaremos F-, por no tener el plásmido F). La bacteria F- se convertirá así en F+ al tener el plásmido F e incluso podrá adquirir genes de la bacteria F+ que hayan pasado junto con el plásmido F.

Conjugación I

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Conjugación II

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3. Transducción:En este caso la transferencia de material genético de una bacteria a otra, se realiza a través de un virus bacteriófago que por azar lleva un trozo de ADN bacteriano y se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias. El virus, al infectar a otra bacteria, le puede transmitir parte del genoma de la bacteria anteriormente infectada.

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TAREA: Teoría 2

1.-Desarrolle y explique la evolución de la Teoría celular2.-Desarrolle las sustancias de reserva en procariotes3.-Explique el contenido del citoplasma procariótico4.-Desarrolle los mecanismos de recombinación genética