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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