CINCO REINOS DE LA NATURALEZA

Rango de tamaños que presentan las células procariotas en relación a otros organismos y biomoléculas

CELULAS EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS

COMPONENTE DE LA CÉLULA PROCARIOTAS EUCARIOTAS

NúcleoSin membrana, con un solo

cromosoma circularRecubiertos de membrana,

diversos cromosomas individuales

DNA extracromosómico A menudo presente en forma de plásmidos

En organelos

Organelos en el citoplasma Ninguno Mitocondrias (y cloroplastos en organismos fotosintéticos)

aparato de GolgiMembrana citoplasmática Contiene enzimas para la

respiración; secreción activa de enzimas; sitio de la

síntesis de fosfolípidos y DNA

Capa semipermeable que no posee las funciones de la

membrana procariota

Pared celular Capa rígida de peptidoglucano (ausente en

Mycoplasma)

No hay peptidoglucano (en algunos casos existe celulosa)

Esteroles Ausente (excepto en Mycoplasma)

Por lo general presente

Ribosomas 70 S en el citoplasma 80S en el retículo endoplásmico

Comparación de célula eucariota y procariota

Tema 2

TINCIÓN DE GRAM

• BACTERIAS GRAM POSITIVAS

• BACTERIAS GRAM NEGATIVAS

Tema 3

FORMAS TIPICAS

• Cocos • Bacilos • Espirilos • Vibrios • Otras formas:

– Filamentos – Anillos casi cerrados – Con prolongaciones (prostecas)

FORMAS TIPICAS

AGRUPACIÓN DE COCOS

ESTRUCTURA BACTERIANA

CÁPSULA BACTERIANA

1.-

CAPSULA CONTRA FAGOCITOSIS2.- 3.-

4.- 5.-6.-

CAPSULA CONTRA FAGOCITOSIS

Cryptococcus neoformans.

Imagen a microscopía óptica de la cápsula del neumococo (Streptococcus pneumoniae)

MICROORGANISMOS ENCAPSULADOS

Cápsulas de neumococo observadas con tinción negativa

(tinta china)

• mejora difusión nutrientes • protección contra la desecación • protección frente a la predación • protección contra agentes antibacterianos • adhesión a sustratos

CÁPSULA Y SUS FUNCIONES

ESTRUCTURAS EXTRACELULARES

Estructuras extracelulares bacterianas: 1-CÁPSULA

2-GLICOCÁLIX (capa mucosa) 3-SLIME (capa de limo)

La biopelícula que cubre las superficies dentarias recibe el nombre de placa bacteriana

PARED BACTERIANA

Paredes de las eubacterias

Peptidoglucano: composición química

Repeticiones (n=10-100) de una unidad disacarídica, unida a su vez a un tetrapéptido

Distintas cadenas de PG se unen entre sí por determinados enlaces peptídicos entre tetrapéptidos de cadenas diferentes

PEPTIDOGLUCANOS EN LA PARED BACTERIANA

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GRAM POSITIVAS

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GRAM NEGATIVAS

REPRESENTACION GRAFICA DE LA TINCION DE GRAM

Gram positivas Gram negativas

fijación

Cristal violeta

Lugol

decoloración

safranina

BACTERIAS GRAMPOSITIVAS Y GRAMNEGATIVAS

Bacilo grampositivo

Cocos gramnegativos

Bacilos Gramnegativos

Cocos grampositivos

ESPACIO PERIPLÁSMICO

PORINAS

Composición

1) Un núcleo (CORE, clave para la viabilidad de la bacteria)

2) Antígenos O polisacáridos 3) Lípido A (El lípido A es el responsable

de la actividad endotóxica del LPS, por lo tanto esencial para la viabilidad de la bacteria)

LIPOPOLISACÁRIDO LPS

BACTERIAS GRAMPOSITIVAS Y GRAMNEGATIVAS

CaracterísticasGram

positivasGram

negativas

Membrana externa

ausente presente

Pared celular gruesa delgada

Lipopolisacáridos

ausentepresente

Endotoxinaausente

presente

Ácido teicoicopresente ausente

Esporulaciónalgunas ausente

Cápsulapresente a

vecespresente a

veces

Lisozima sensible resistente

Actividad penicilinas

> susceptible

< susceptible

BACILOS ÁCIDO ALCOHOL RESISTENTES (BAAR)

Coloración de Ziehl-Neelsen obtenida a partir de un esputo x 400, mostrando bacilos acido alcohol resistentes, correspondientes a M. tuberculosis

(Fotografía reproducida por cortesía de la Universidad de Iowa, EE.UU.)

Bacilos de M. paratuberculosis teñidos mediante Ziehl-Neelsen en frotis de mucosa intestinal aparecen agrupados en forma características

Figura 1. Mecanismos de resistencia

FORMAS “L”

Comparación de células normales de Bacillus subtilis a la izaquierda con las respectivas formas L a la derecha.

Crecimiento de formas pleomórficas (formas L) de Mycobacterium tuberculosis. Note la tinción más oscura de las formas cocoides y los grandes globos translúcidos. Fotografía con microscopio electrónico.

Membrana citoplasmática

MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

Una primera imagen de una membrana citoplásmica bacteriana. Por lo pronto salta a la vista la bicapa proteolipídica

Una primera imagen de una membrana citoplásmica bacteriana. Por lo pronto salta a la vista la bicapa proteolipídica

Membrana citoplásmica: composición química

• Bicapa proteolipídica que delimita al protoplasto

• Su proporción proteínas:lípidos es alta (80:20), mayor que en eucariotas

• Carece de esteroles (salvo excepciones), pero muchas bacterias poseen hopanoides (triterpenoides pentacíclicos), que confieren parte de la rigidez a la membrana

Funciones de la membrana citoplásmica procariota

•  Barrera osmótica • Límite entre el protoplasto y el medio • Permite el paso selectivo de moléculas • Interviene en procesos de obtención de

energía (respiración, fotosíntesis) • Participa en biosíntesis de componentes de

envueltas (pared, membrana y cápsulas) • Secreción de proteínas y otras

macromoléculas

BARRERA OSMÓTICA

Transporte de nutrientes

Tipos de transporte:

Pasivo inespecífico (difusión simple) Pasivo específico (difusión facilitada) Activo

DIFUSIÓN SIMPLELa difusión simple es el movimiento neto de moléculas o iones de una zona de alta concentración a otra de baja concentración

Cuando tiene lugar la difusión facilitada la sustancia a transportar (por ejemplo, glucosa) se combina con una proteína transportadora en la membrana citoplasmática. Tales transportadores se llaman a veces permeasas.

DIFUSIÓN FACILITADA

TRANSPORTE ACTIVO

Al llevar a cabo el transporte activo la célula consume energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP) para mover sustancias a través de la membrana citoplasmática.

SISTEMAS DE TRANSPORTE DE NUTRIENTES

TRANSLOCACIÓN DE GRUPOS

En la translocación de grupos, una forma especial de transporte activo que tiene lugar exclusivamente en procariotas, la sustancia es alterada químicamente durante su transporte a través de la membrana.

CITOPLASMA

Citoplasma procariota es un sistema coloidal: Fase dispersante: agua con sustancias en disolución

(citosol) Fase dispersa: macromoléculas y partículas

supramoleculares Contiene:

Material genético: cromosoma (y plásmidos) Ribosomas Inclusiones y orgánulos (no en todas)

CITOPLASMA Y SU CONTENIDO

CITOPLASMA

El nucleoide El ADN procariota no está rodeado por

membrana Contenido en una región discreta del

citoplasma, llamada nucleoide El genoma está compuesto por

Normalmente un solo cromosoma Opcionalmente, además, por plásmidos

CROMOSOMA ÚNICO

ADN girasa

ADN topoisomerasa-I

El cromosoma procariota: composición química y estructura Los cromosomas aislados constan de

60% de ADN 30% de ARN 10% de proteínas

Normalmente, un solo cromosoma circular, cerrado covalentemente (c.c.c.)

Haploidía, pero pueden existir varias copias del cromosoma cuando la bacteria crece rápido

Algunas excepciones al cromosoma típico procariota Borrelia: cromosoma lineal con extremos

cerrados formando un bucle de horquilla Streptomyces: cromosoma lineal con extremos a

base de secuencias repetidas acomplejas con proteínas

Bacterias con dos o más cromosomas Rhodobacter, Vibrio, Leptospira, Brucella: dos

cromosoma lineales Sinorhizobium meliloti: tres cromosomas circulares Burkholderia cepacia: 2-4 cromosomas Agrobacterium tumefaciens: 1 lineal y 1 circular

Plásmidos: definición y conceptos generales Plásmidos: elementos genéticos

extracromosómicos autorreplicativos La mayoría son de ADN c.d., c.c.c. Episomas: plásmidos que pueden integrarse en el

cromosoma bacteriano Tamaño: desde 2 kb hasta >1000 kb Plásmidos según el nº de copias y el control de la

replicación: Bajo nº de copias control estricto Alto nº de copias control relajado

PLÁSMIDOS

RIBOSOMAS

Estructura de los mesosomas

Estructura En Gram-positivas:

Suelen ser muy patentes Repetidas invaginaciones, primarias y

secundarias, con forma de sáculos En Gram-negativas:

Menos patentes (más pequeños y sencillos) Pequeñas invaginaciones de membrana:

Forma laminar Forma verticilada

Mesosoma en Bacillus

Mesosoma

Nucleoide

Gránulo de reserva

Mesosoma en Staphylococcus

Micrografías electrónicas de transmisión de cortes ultrafinos de Staphylococcus, donde se muestra la presencia de mesososomas.

Inclusiones de reserva Inclusiones orgánicas

Inclusiones polisacarídicas Gránulos de poli-hidroxialcanoatos Inclusiones de hidrocarburos Gránulos de cianoficina

Inclusiones inorgánicas Gránulos de polifosfato Glóbulos de azufre

Orgánulos citoplásmicos No existen orgánulos procarióticos rodeados de

unidad de membrana (salvo los tilacoides de las cianobacterias)

Ciertas bacterias presentan orgánulos sin envuelta lipídica: Carboxisomas Vacuolas de gas Clorosomas Magnetosomas

Protoplastos y esferoplastos son

osmóticamente sensibles

Los protoplastos… (a) en medios hipotónicos el agua entra y termina lisando la célula; (b) en una solución isotónica, el agua no entra al protoplasto, y este permanece estable. ¿Recuerdas dónde actúa la lisozima para desorganizar el peptidoglucano?

FLAGELOS

Patrón de flagelación Monotricas: un solo flagelo

Inserción polar Inserción subpolar

Lofotricas: dos o más flagelos en penacho, desde uno de los polos

Anfitricas: dos penachos, uno en cada polo

Peritricas: flagelos alrededor del cuerpo celular

Inserción lateral

El flagelo bacteriano es un apéndice movido por un motor rotatorio. El rotor puede girar a 6.000-17.000 rpm, pero el apéndice usualmente sólo alcanza 200-1000 rpm. 1-filamento, 2-espacio periplásmico, 3-codo, 4-juntura, 5-anillo L, 6-eje, 7-anillo P, 8-pared celular, 9-estátor, 10-anillo MS, 11-anillo C, 12-sistema de secreción de tipo III, 13-membrana externa, 14-membrana citoplasmática, 15-punt

Observación de los flagelos

Proteus mirabilis

Proteus vulgaris

Aerobacter sp

Serratia m.

Pseudomonas aeruginosa

Antigenicidad del filamento El filamento y la flagelina constituyen el

antígeno flagelar (H) El antígeno H es característico de cada

especie y de cada cepa Las bacterias flageladas reaccionan in

vitro con anticuerpos específicos dando una aglutinación laxa

La aglutinación con flagelos es la base de la clasificación de cepas de Salmonella (clasificación de Kauffmann-White)

FILAMENTO AXIAL O ENDOFLAGELO

La Borrelia burgdorferi es una espiroqueta que causa la enfermedad de Lyme y es similar en forma a las espiroquetas causantes de otras enfermedades, tales como la fiebre recurrente y la sífilis. (Cortesía de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades -CDC- de los Estados Unidos)

FILAMENTO AXIAL O ENDOFLAGELO

•Fotomicrografía de Treponema pallidum en campo oscuro. Teñido con un a técnica de anticuerpos fluorescentes. Aumento 54X

Fimbrias o pelos (pili) Apéndices filamentosos rectos y rígidos, más

cortos y finos que los flagelos Ensamblaje helicoidal de subunidades de pilina. Pelo tiene un pequeño hueco central

Implantados a nivel de membrana citoplásmica De uno a varios cientos o miles. Frecuentemente

periplásmicos Ensamblaje: en la base del pelo, una vez que cada subunidad de pre-pilina se procesa (eliminación del péptido líder)

FIMBRIAS O PILI

Fimbrias adhesivas (I) De 4 a 7 nm de diámetro, repartidas por

toda la superficie Permiten la adhesión a sustratos Condicionan varias propiedades:

Formación de microcolonias y velos Adhesión a superficies inertes Adhesión a superficies vivas En bacterias patógenas: factores de virulencia

e invasividad de tejidos. Ejemplos: • En formación de placa dental • Colonización tejidos por Neisseria gonorhoeae

(gonococo) y por E. coli uropatogénicos

Fimbrias adhesivas (II) La función de adhesina reside en una

proteína especial en la punta del pelo. Funciona como lectina (capaz de unirse con residuos azucarados de glucoproteínas de membrana)

Aspectos genéticos: Codificación cromosómica Fenómenos de variación de fase: desde

fenotipo Fim+ Fim- (evitación fagocitosis) Fenómenos de variación antigénica (evitación

del sistema inmune, incluyendo anticuerpos)

Pelos sexuales Más largos y gruesos (10 nm) que las

fimbrias adhesivas En menor número (de 1 a 10) Función: permitir los contactos celulares

iniciales en la conjugación Sus genes son de codificación plasmídica Dos principales tipos de pelos sexuales:

Pelos de tipo F (ej.: del plásmido F de E. coli) Pelos de tipo I

Algunos de ellos son usados como receptores por ciertos fagos

Introducción a las endosporas

Producidas por ciertas bacterias Gram-positivas: Bacillus, Clostridium, Sporosarcina,

Cuando la bacteria detecta bajos niveles de nutrientes (C, N, P) desencadena el proceso de esporulación

La espora se forma dentro de la célula vegetativa Esporangio = célula madre + endospora

Al final de la esporulación, la célula madre se autolisa, y la espora queda libre

La endospora aguanta larguísimos periodos en ausencia de nutrientes. Resiste estrés ambientales

En condiciones adecuadas, la espora germina y se transforma en una célula vegetativa

ESPORULACIÓN

Significado adaptativo de la formación de endosporas Proceso muy refinado que apareció

evolutivamente en ciertas bacterias para lograr supervivencia en ausencia de nutrientes durante largos periodos Las endosporas son formas de reposo, con el metabolismo prácticamente parado (criptobiosis) Como consecuencia de su “diseño”, aguantan fuertes agresiones físicas y químicas (radiaciones UV, calor, sequedad, disolventes orgánicos, etc)

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ENDOESPORAS

Centro: protoplasto de la espora, contiene al cromosoma, energía 3-fosfoglicerato.

Pared: Capa > profunda, rodea la membrana interna, péptidoglucano, transforma en la pared celular.

Corteza: Capa > gruesa, péptidoglucano es sensible a lisoenzima.

Exosporio: Lipoproteína de membrana con carbohidratos

TIPOS DE ESPORA

Según su diámetro relativo al de cél. madre: Deformantes No deformantes

Según su localización dentro del esporangio: Terminales Subterminales Centrales

Típicos esporangios deformantes de Clostridium: En palillo de tambor o cerilla (plectridios) En huso (clostridios)

Observación de la endospora a microscopio óptico en fresco

Tres especies de bacterias esporulantes Observar el esporangio = célula madre +

endospora Observar la gran refringencia de las endosporas

Imagen de esporas teñidas con verde malaquita

FORMACIÓN DE ESPORAS

• Las bacterias de la imagen presentan unos engrosamientos terminales y refringentes que corresponden a esporas, en este caso endosporas.

Bacterias de antrax

fin