Citoplasma bacteriano • El citoplasma o el protoplasma es la parte de la célula que está dentro de la membrana citoplasmática.

• El citoplasma tiene una consistencia parecida a un gel, compuesto del agua, enzimas, sustancias nutritivas, desechos, y gases y contiene estructuras celulares como ribosomas, cromosoma y plásmidos.

• La matriz citoplasmática es definida como sustancias dentro de esta membrana, excluyendo el material genético.

Material genético

El cromosoma (ADN) bacteriano también llamado nucleoide se encuentra disperso en el citoplasma bacteriano. Este, almacena la información genética de las bacterias.

Genomas microbianos

Lineal Streptomyces coelicolor

Circular Pseudomonas aeruginosa

Organización del ADN en bacterias

El ADN circular se encuentra super-enrollado y agrupado en dominios por medio de proteínas denominadas like histonas.

Proteínas básicas detectadas en bacterias

Proteína Composición Contenido por

células

Semejanza con

eucariontes

HU Dímero subunidades a y b

de 9.000 Da 40.000 dímeros Histona H2A

H Dímero subunidades

idénticas de 28.000 Da 30.000 dímeros Histona H2B

IHF Subunidad a de 10.500 Da Subunidad b de 9.500 Da Desconocido Desconocida

H1 Subunidad de 15.000 Da 10.000 copias Desconocida

HLP1 Monómero de 15.000 Da 20.000 copias Desconocida

P Sububnidad de 3.000 Da Desconocido Protaminas

Función de Proteínas “Histone like”

Las proteínas “Histone-like” realizan la modificación topológica del cromosoma (torsión, flexión y plegado) y directamente regulan la función de los promotores de operones individuales. Son críticas para la regulación del metabolismo y están involucradas en la respuesta a los cambios ambientales.

Nature Reviews Microbiology 8, 185-195 (March 2010)

Plásmidos

Material genético extracromosómico, se encuentran en citoplasma bacteriano. En general son circulares pero existen algunos lineales.

Los plásmidos pueden ser unicopia o multicopia, es decir, algunos pueden reproducirse independientes a la reproducción de la bacteria.

Algunos de ellos contienen genes que proporcionan características diferentes a las bacterias, como el plásmido F que puede transferirse a otras bacterias mediante la conjugación.

Existen plásmidos que se combinan con el ADN cromosómico y se denominan episomas.

Plásmidos Los plásmidos son herramientas muy importantes en los estudios de biología molecular, se emplean como vectores de genes para la transformación de células.

ARN En la célula existen tres tipos principales de ARN (ácido ribonucleico)

• ARNm (mensajero)

• ARNt (de transferencia)

• ARNr (ribosomal)

Modelo animado del ribosoma http://www2.uah.es/biomodel/model1j/rna-prot/ribosoma.htm

ARN ribosomal

Ribosomas 70s (procariotes)

Ribosomas 80s (eucariotes)

Subunidad grande 50 S ARN 5 S + ARN 23 S +

proteínas

Subunidad grande 60 S ARN 28 S + ARN 5,8 S +

ARN 5 S + proteínas

Subunidad pequeña 30 S ARN 16 S + proteínas

Subunidad pequeña 40 S ARN 18 S + proteínas

Replicación, transcripción y traducción

A diferencia de las células eucariotes, en las bacterias no existen compartimentos, por los que los procesos de replicación de ADN, transcripción (ADN → ARNm) y traducción (ARNm + ARNt + ARNr → Proteínas) ocurren en el citoplasma.

Polisoma

Los polisomas o polirribosomas son los ribosomas unidos a una molécula de ARN mensajero y que se encuentran sintetizando los péptidos (proteínas). Estas agrupaciones de ARN-proteína son visibles al microscopio electrónico.

Inclusiones citoplasmáticas

• Gránulos de polisacáridos

Glucógeno Unidades de glucosa que son reserva de carbono y energía que se forma en un exceso de carbono.

Inclusiones citoplasmáticas

• Inclusiones lipídicas

Micobacterium, Bacillus, Azotobacter, Spirillum

poli-β-hidroxibutirato (PHB) Polímeros de reserva de carbono y energía, su nombre genérico es poli-β-hidroxialcanoatos (PHA) que se forman en exceso de carbono. Pueden observarse al microscopio electrónico de transmisión o con colorantes solubles en aceites.

Inclusiones citoplasmáticas

• Gránulos metacromáticos (volutina)

Polifosfato

Reserva de fosfato que se ponen en evidencia con una tinción con el azul de toluidina, al combinarse con el polifosfato da un color violeta rojizo. Este fenómeno se denomina metacromasia y los gránulos que así se tiñen se denominan generalmente gránulos metacromáticos.

Corynebacterium sp

Inclusiones citoplasmáticas

• Gránulos de azufre

Thiomargarita namibiensis

Bacterias quimiolitótrofas y fototróficas que oxidan el H2S a Sº, este último forma acumulaciones refringentes y visibles al microscopio. El Sº puede ser oxidado nuevamente para producir SO4

2- y las inclusiones desaparecen.

Inclusiones citoplasmáticas

• Cianoficinas

Oscillatoria sp

Polímero de carbono y nitrógeno que se forma en cianobacterias. Es el único material de reserva conocido de nitrógeno y no es sintetizado en los ribosomas.

Anabaena sp

Inclusiones citoplasmáticas

• Carboxisomas

Thiobacillus neapolitanus Cianobacterias y Thiobacillus

Son acumulaciones de la enzima Ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa/oxigenasa (RuBisCO)empleada por los microorganismos autótrofos para fijar CO2 mediante el ciclo de Calvin.

Inclusiones citoplasmáticas • Magnetosomas

Aquaspirillum magnetotacticum

Partículas de magnetita (Fe3O4). El alineamiento de los magnetososmas imparte propiedades magnéticas, lo cual se cree orienta a las bacterias en el medio ambiente. Los magnetosomas están rodeados por una membrana que contiene fosfolípidos, proteínas y glicolípidos.

Inclusiones citoplasmáticas • Vacuolas de gas

Microscystis sp. (cianobacteria)

GvpA

GvpC

Son estructuras formadas por dos diferentes proteínas: GvpA y GvpC. Estas vesículas permiten a los microorganismos flotar en los sistemas acuáticos. Hay desplazamiento vertical en una columna de agua en respuesta a cambios ambientales. Las producen las cianobacterias, las bacterias fototróficas verdes y púrpura, y algunas aqueobacterias.