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1- Morfología de las células procariotas (forma, tamaño, agrupaciones) 2- Estructura de la célula procariota 3- Cubiertas celulares 4- Estructuras externas 5- Citoplasma 6- Formas de resistencia 7- Diferencias con Eucariotas
Tema 2: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
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Cocos
Bacilos
Espirilos
Espiroquetas
Hifa Tallo
Bacterias con yemas y apéndices
Filamentosos
1- Morfología de las células procariotas ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
1- Morfología de las células procariotas
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1)Agrup. en empalizada
2)Agrup. en roseta
3)Streptobacilos
Agrupaciones de bacilos
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Agrupaciones de cocos
1) Diplococos
2)Streptococos
3)Tetracocos
4)Staphilococos
5)Sarcinas
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Tamaño de las células procariotas
Epulopiscium fishelsoni (600µm)
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superficie
volumen
superficie volumen
•Metabolismo activo y versátil •Alta tasa de replicación •Muy activos y competitivos
Tamaño de las células procariotas
La ventaja de ser pequeño: Relación superficie/volumen alta
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Tamaño de las células procariotas
La ventaja de ser pequeño: Relación superficie/volumen alta
Epulopiscium fishelsoni,
Thiomargarita namibienus
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Procariota
Eucariota
Cloroplasto Mitocondria Citoplasma
Membrana nuclear
Nucleolo Núcleo Ribosomas
Retículo endoplásmico
Membrana citoplasmática
Pared celular Membrana citoplasmática
Citoplasma Ribosomas Nucleoide
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
2- Estructura de las células procariotas
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Flagelo
Cuerpos de inclusión
Ribosomas
Fimbrias Nucleoide
Cápsula
Pared celular
Membrana celular
Plásmido
-Envoltura celular -(membrana, pared)
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA 3- Cubiertas celulares: 1-La membrana plasmática
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Región hidrofóbica
Región hidrofílica Fosfolípidos
Molécula de fosfolípido
Proteínas integrales de membrana
3- Cubiertas celulares: 1-La membrana plasmática ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
a)-Modelo estructural: Mosaico Fluido (bicapa lipídica + proteínas) b)-Composición Química: Lípidos (Fosfolípidos de Glicerol + Ac grasos) Proteínas (50-80%) (Integrales o periféricas)
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Barrera 8 nm delimita del exterior. Esencial para la supervivencia Barrera semipermeable y muy selectiva Formada por fosfolípidos
• glicerol-P: parte hidrofílica • ácidos grasos: parte hidrofóbica
Se estabiliza con puentes de H, interacciones hidrofóbicas y cationes Mg+2 y Ca+2
3- Cubiertas celulares: 1-la membrana plasmática
Región Hidrofílica (polar)
Región Hidrofóbica (no polar)
Ácidos grasos
Fosfato Glicerol
Estructura de la bicapa lipídica
c)-Diferencias con eucariotas: 5-25% de los lípidos son esteroles Excepciones procariotas- Existe esteroles en Mycoplasma y hopanoides (30C) en Bacterias
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Isopreno
3- Cubiertas celulares: 1-la membrana plasmática c)-Diferencias en Archaea:
1-Lípidos con enlace eter
BACTERIA EUKARYA
éter
éster
ARCHAEA
3- Pueden formar monocapas
2-Carecen de Ac. grasos
Fitano
Diéter de glicerol Bifitano
Tetraéter de glicerol
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1.- Barrera de permeabilidad: permite el transporte de nutrientes y deshechos. Impide la pérdida de solutos. Permeabilidad selectiva
2.- Papel estructural: Anclaje de proteínas de transporte, quimiotaxis, etc
3.- Conservación de energía: generación de fuerza protónmotriz
Distribución desigual de H+ exterior/interior Diferencia en la [H+] potencial químico Distribución desigual de cargas potencial eléctrico Energización de la membrana fuerza protónmotriz
3- Cubiertas celulares: 1-la membrana plasmática d) Funciones:
¡el H+ no la atraviesa!
H2O
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La membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva
Proteínas transportadoras
Saturación del transportador por el sustrato
Transporte mediado por transportador
Difusión simple
Concentración externa de soluto
Velo
cida
d de
ent
rada
de
solu
to
-Alta especificidad -Permiten acumular nutrientes en contra de gradiente -Cambio conformacional en la proteína -Requiere energía
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Flagelo
Cuerpos de inclusión
Ribosomas
Fimbrias Nucleoide
Cápsula
Pared celular
Membrana celular
Plásmido
-Envoltura celular -(membrana, pared)
3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULAR
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
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Membrana plasmática Citoplasma
Solutos Pared celular
H2O
Solución isotónica (isosmótica) Sin movimiento neto de H2O
Solución hipotónica (hiposmótica) H2O entra en la célula y puede estallar si la pared está débil o dañada (lisis osmótica)
Solución hipertónica (hiperosmótica) H2O sale de la célula causando que se encoja el citoplasma (plasmolisis)
Células sin pared
En solución hipotónica
3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULAR
a) Funciones: - Da forma y rigidez a la célula -Protege del daño mecánico y rotura osmótica (Mantiene la presión de turgencia)
hipertónica
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Membrana externa
Membrana citoplasmática
Peptidoglicano
Peptidoglicano Peptidoglicano
Membrana Membrana
Periplasma
Membrana externa (lipopolisacárido + proteína)
Gram-positiva Gram-negativa
90% 10%
3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULAR
b) Estructura:
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• Polímeros del disacárido N-acetilglucosamina (NAG) y del ácido N-acetilmurámico (NAM). (enlaces β1-4)
• Unidos por tetrapéptidos. (enlaces CO-NH)cv
N-acetilglucosamina (NAG) Ácido N-acetilmurámico (NAM) Puente de pentaglicina
Puente de pentaglicina Cadena tetrapeptídica
Cadena tetrapeptídica
Cadena tetrapeptídica
Esqueleto de carbohidratos Ejemplo de Gram +
3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULAR
c) Composición química: El Peptidoglicano
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Representación esquemática de la estructura del peptidoglicano
Conexiones entre unidades peptídicas
(G) N-acetilglucosamina (M) Ácido N-acetilmurámico
Esqueleto glucídico
Péptidos Puente intercatenario
-AA enforma D
-Se unen a los azúcares por el NAM
-Los puentes peptídicos son los que confieren rigidez
-El nº de puentes depende de cada bacteria
Características
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Estructura de una unidad repetida del peptidoglicano
Uniones peptídicas
Lisozima
Penicilina
Grupo N-acetilo
L-Alanina
D-Alanina Ácido meso- diaminopimélico
N-Acetilglucosamina (G) N-Acetilmurámico (M)
Ácido D-Glutámico
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G G M M M G
G G M M M G
G G M M G M
G G M M G M
Degradación del peptidoglicano • Lisozima: Destruye enlaces β(14) No actua sobre β(13) • Penicilina: Inhibe la transpeptidación • Fosfomicina: Inhibe síntesis de M
Pared
Membrana
Lisozima
Entrada H2O Entrada H2O
Entrada H2O Lisis
Solución hipotónica
Solución isotónica
Lisozima
Protoplasto
Protoplasto: célula con membrana sin pared Esferoplasto: Célula con restos de pared
Células bacterianas SIN peptidoglicano
-Mycoplasmas y Thermoplasma (Archaea) -Archaea- Pseudopeptidoglicano (No tiene NAM y enlaces β1-3) - Capa S (paracristalina, son glicoproteínas)
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Membrana externa
Membrana citoplasmática
Peptidoglicano
Peptidoglicano Peptidoglicano
Membrana Membrana
Periplasma
Membrana externa (lipopolisacárido + proteína)
Gram-positiva Gram-negativa
90% 10%
3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULAR
b) Estructura:
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Pared celular de Gram +
Proteína asociada a la pared
Acido lipoteicoico
Peptidoglicano
Membrana citoplasmática
Acido teicoico
- Gruesa capa de peptidoglicano (mureína) - Presencia de ácidos teicoicos:
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Características de los Ac Teicoicos
-Estructura: - Son poli-alcoholes de Glicerol (3C) o de Ribitol (5C) - Uniones ésteres de Fosfato -Se les unen azúcares y D-Alanina
-Función: - Interviene en el paso de iones a través de la pared - Estabilidad estructural de la pared c - Determinante antigénico del organismo
Pared celular de Gram +
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-Estrecha capa de peptidoglicano -Membrana externa formada por proteínas, fosfolípidos y lipopolisacárido (LPS) -Periplasma: espacio entre la membrana externa y la membrana citoplasmática
Polisacárido O Núcleo del polisacárido
Lipopolisacárido (LPS)
Membrana externa
Membrana citoplasmática
Fosfolípidos
Peptidoglicano Lipoproteína
Proteína Lípido A
Porina
Porinas (canales que permiten transporte de sustancias hidrofílicas de bajo PM) Periplasma (contiene enzimas hidrolíticos,
proteínas de unión y quimiorreceptores)
La Pared Celular de Gram (-) Estructura:
Periplasma
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Estructura y Composición
Polisacárido O específico Núcleo del polisacárido Lípido A Tóxico para
animales -variabilidad antigénica (Antígeno O) -sitio de adherencia bacteriana -resistencia a fagocitosis
Características del Lipopolisacárido
La Pared Celular de Gram (-)
-Disacárido NAG-P -Enlace éster con Ac Grasos
Lípido Polisacárido -Núcleo: KDO (ceto-desoxioctonato) heptosas, hexosas -Polisacárido O (secuencias de 4-5 unidades ramificadas)
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Funciones del Lipopolisacárido
La Pared Celular de Gram (-)
-Tamiz molecular -Permite el paso de moléculas pequeñas hidrosolubles PORINAS-Inespecíficas (canales rellenos de agua) -Específicas (sitios de unión a sustancias específicas) -Impide el paso de moléculas de alto PM e hidrofóbicas
(protección frente a agentes antibacterianos: antibióticos, enzimas, ácidos biliares…).ZONA PERIPLÁSMICA
-Tóxico para animales (Lípido A)- Endotoxinas -Altamente antigénico (polisacárido O) -Sitio de adherencia con otras células y adsorción de fagos
Membrana externa
Periplasma
Membrana citoplasmática
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Propiedades Gram-positiva Gram-negativa
Espesor de la pared gruesa (20-80 nm) delgada (10 nm)
Número de capas 1 2 Contenido peptidoglicano (mureína) >50% 10-20%
Ácidos teicoicos presencia ausencia Contenido lípidos y lipoproteínas 0-3% 58%
Contenido proteínas 0 9%
Contenido lipopolisacáridos 0 13%
Sensibilidad a penicilina Si No (con excepciones)
Sensibilidad a lisozima Si No
Diferencias en la pared celular de bacterias
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Flagelo
Cuerpos de inclusión
Ribosomas
Fimbrias Nucleoide
Cápsula
Pared celular
Membrana celular
Plásmido
-Envoltura celular (membrana, pared) -Estructuras externas (cápsula, fimbrias, pili, flagelo)
4- Estructuras externas:
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
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Composición: Capas de polisacáridos viscosos localizados fuera pared celular , (exopolisacáridos extracelular EPS)
• Cápsulas: mas densas, rígidas e impermeables (glicoproteínas) • Capas mucilaginosas: más diluidas, flexibles
Funciones: • Participan en la adherencia a superficies: formación de biopelículas Ej: Biofilm dental, en materiales, en alimentos • Mecanismo de defensa bacteriano (frente a fagocitosis y antimicrobianos) • Mejoran la resistencia a desecación, uv, •Altamente antigénica (antígeno K)
4- Estructuras externas:1-Cápsula o Glicocalix
B- ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
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Biopelícula formada en superficie de un catéter
Biopelícula formada sobre una hoja
Ejemplos de biopelículas
Exopolisacárido bacteriano
Biopelículas microbianas “Comunidades de microorganismos que crecen adheridos a superficies y rodeados de una matriz polimérica secretada por ellos”
Superficie de acero
![Page 32: Estructura y Funcion de la Celula Bacteriana](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042512/5592620e1a28abdc728b4637/html5/thumbnails/32.jpg)
Impacto de las biopelículas… Extracción y conducción de
petróleo y aceites Sistemas de refrigeración
Elaboración de alimentos
Agua de bebida
Tratamiento aguas residuales
Implantes médicos
Boca
Biocorrosión o biodeterioro
![Page 33: Estructura y Funcion de la Celula Bacteriana](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042512/5592620e1a28abdc728b4637/html5/thumbnails/33.jpg)
Fimbrias en Neisseria gonorrhoea
4- Estructuras externas:2-Fimbrias o Pili
-Fimbrias -Filamentos proteícos -Son hereditarios -Son apéndice cortos y finos (3-10 nm diámetro)
Función: Adhesión a superficies (patógenos) y formación de películas en líquidos Factores de virulencia
-Pili -Similar fimbrias, más largos (1ó2 por cel) -Son más anchos que fimbrias (9-10 nm diámetro) -Función: Adhesión Determinados genéticamente por plásmidos Conjugativos, CONJUGACION BACTERIANA (transferencia de ADN) Receptores de virus bacterianos
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Lofótricos
Anfítricos
Perítricos
- Polares (monótricos, anfítricos, lofótricos) - Perítricos (alrededor de la célula)
4- Estructuras externas:3-Flagelos
a) Función: Movilidad (respuesta a estímulos, factor de virulencia) b) Distribución: Son filamento largos, finos (20nm Ø) y flexibles
Monótricos
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Filamento
Flagelina
Gancho
Anillo L
Anillo P
Proteína Mot
Memb citopl
Periplasma Peptidoglicano
Membrana externa (LPS)
Anillo MS
Proteínas Fli Proteína Mot
1.- Filamento Forma helicoidal Paso cte Subunidades de flagelina 2.- Gancho Une el filamento a la base motora Formado por un solo tipo de proteína 3.- Cuerpo basal -Anclaje del flagelo: (anillos/varillas centrales)
• Anillo L: En LPS solo en G(-) •Anillo P •Anillo MS
-Motor: Proteínas Mot: Alrededor anillo MS
• Canaliza flujo de protones • Provocan la rotación flagelar -Proteínas Fli responden a señales intracelulares
4- Estructuras externas:3-Flagelos
c) Estructura
4- Estructuras externas:3-Flagelos
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Estructura del Flagelo procariota
Gram (-) Gram (+)
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Carrera
Tumbo
d) Movimiento flagelar
4- Estructuras externas:3-Flagelos
-Filamento semirígido -Movimiento helicoidal (motor=cuerpo basal) -Energía FPM (1000H+/v) -Desplazamiento: .carrera-giro contario a las agujas del reloj .tumbo-giro en sentido horario
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d) Movimiento flagelar
4- Estructuras externas:3-Flagelos
-Filamento semirígido -Movimiento helicoidal (motor=cuerpo basal) -Energía FPM (1000H+/v) -Desplazamiento: .carrera-giro contario a las agujas del reloj .tumbo-giro en sentido horario
Diferencias con eucariotas: -Estructura del filamento: microtúbulos -Movimiento serpenteante -Energía: ATP
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¿Quién es más rápido, un guepardo o Escherichia coli?
Guepardo, el mamífero más rápido de la Tierra, alcanza los 110 Km/h (aproximadamente 25 longitudes corporales/seg)
La velocidad que alcanza una bacteria es de aproximadamente 0.00017 Km/h (unas 60 longitudes corporales/seg)
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Quimiotaxis: Respuesta bacteriana a señales químicas que dirige la función flagelar
Carrera
Carrera
Tumbo
Tumbo
Carrera
Atrayente
carreras más largas hacia sustancias atrayentes o en contra sustancias repelentes
proteínas de membrana detectan [sustancia]/tiempo activan y modulan la rotación del flagelo
Movimiento dirigido o TAXIA
a)Movimiento al azar b)Quimiorreceptores:
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Otras Taxias:
Aerotaxis: movimiento en respuesta al O2 Fototaxis: movimiento en respuesta hacia la luz Proteínas comunes con la quimiotaxis Fotorreceptores detectar gradientes de luz LUZ
t = 0
t = 2h
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Flagelo
Cuerpos de inclusión
Ribosomas
Fimbrias Nucleoide
Cápsula
Pared celular
Membrana celular
Plásmido
-Envoltura celular (membrana, pared) -Estructuras externas (cápsula, fimbrias, pili, flagelo) -Citoplasma (Nucleoide, ribosomas, inclusiones)
5- Citoplasma
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
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5- Citoplasma: 1-Nucleoide
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
Neisseria gonorrhoeae
Cromosoma bacteriano o genóforo -Conjunto de genes necesarios para las funciones celulares básicas -1 molécula de DNA circular desnudo -Sin membrana nuclear -Superenrrollamiento por DNA girasas
Proteínas Dominio superenrollado
Región del citoplasma donde se encuentra el material genético
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Tamaños, formas y número de cromosomas de microorganismos
Cromosoma
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Nucleoide
Cromosoma de E. coli
(4,7x106 bases 1300µm, L=2-3µm) 4.500 genes
(Hombre:2,9x109bases 40.000 genes)
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Replicación del cromosoma bacteriano -Relajación del DNA Apertura de las hebras -Origen de replicación único -Síntesis de DNA bidireccional y semiconservativa -No existen intrones
Horquilla de
replicación
ADN sintetizado de novo
Origen de replicación
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-Circulares de tamaño y número de copias variable -Existen grupos de incompatibilidad -Transferibles entre bacterias -Aportan propiedades o adaptaciones selectivas
Resistencia a antibióticos Producción de antibióticos Mecanismos de patogénesis (toxinas) Capacidades metabólicas Capacidad de nodulación Degradación de compuestos xenobióticos Resistencia a metales pesados Producción de pigmentos
Plásmido Elementos genéticos de replicación independiente del cromosoma
Diferencia entre cromosoma y plásmido: los plásmidos no llevan genes que sean requeridos en todas las condiciones de crecimiento !!
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Reserva de carbono y energía Poli-β-hidroxibutirato(PHB): Polímero dehidroxi-butírico Se agregan formando gránulos
Glucógeno: polímero de subunidades de glucosa
Rhodospirillum sodomense
5- Citoplasma: 2-Inclusiones
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
-Inclusiones rodeadas de membranas de lípidos -Contienen sustancias que almacenan energía (Pi, polisacáridos, azufre..)
1-Gránulos de reserva
1a-Polímeros carbonados
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Polímero linear de ortofosfatos unidos por enlaces ester. Reserva de energía
Acumulación de S0
En bacterias del azufre
1b- Gránulos de Azufre
5- Citoplasma: 2-Inclusiones
1-Gránulos de reserva
1c- Gránulos de Polifosfato
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-Partículas cristalinas de magnetita Fe3O4 -Monocapa lipídica -Dipolo magnético sometido a campos magnéticos -Presente en bacterias acuáticas
5- Citoplasma: 2-Inclusiones
2- Magnetosomas
3- Vesículas de gas
-Permiten la flotación -Mecanismo de movilidad a diferentes alturas en respuesta a factores ambientales -Formas de haz (huecas y rígidas) -Rodeadas de membranas proteícas impermeables a líquidos pero no a gas -Presentes en cianobacterias, bacterias fototrofas púrpuras y verdes, arqueas
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Formas de reposo de la bacteria • Metabolismo detenido • Resistentes condiciones ambientales adversas
– Desecación – Altas temperaturas – Radiaciones UV – Compuestos químicos
. Características: g. Bacillus y Clostridium
5- ENDOSPORA: Formas de resistencia
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
Esporas de Bacillus cereus (color verde), CV (color rosa)
•Formación: Interior celular
Terminal Subterminal Central
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Exosporio: Capa proteíca con un 20% carbohidratos Resistencia a enzimas hidrolíticos Cutícula o cubierta: 50-80% proteína de la espora, alto contenido En aminoácidos hidrofóbicos y cisteína. Absorbe radiaciones, resistencia a compuestos químicos Córtex: Variante de peptidoglicano muy laxo Contribuye a la resistencia mecánica y a la deshidratación del citoplasma Núcleo o Protoplasto: Célula en estado de reposo PC, MP, Citoplasma (Genoma completo condensado y pocos ribosomas)
Nucleoide
Ribosomas
Pared celular
Estructura de la endospora
5- ENDOSPORA: Formas de resistencia
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Propiedades del núcleo de la endospora -No existe síntesis de proteínas ni de RNA -Alto contenido en Ac dipicolínico -Se combina con Ca++ -10% del peso seco -Bajo contenido en agua 10-30%
Consistencia gelatinosa Termorresistencia Resistencia productos químicos Inactivación de enzimas. -Proteínas SASPs (pequeñas prot Ac-solubles): Bajan el pH en una unidad Función: -Unión a DNA
(Protección frente a UV, desecación y calor seco) -Reserva C y energía al germinar la espora
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Proceso de esporulación o esporogénesis
Célula vegetativa Endospora
Proceso complejo y altamente regulado en el que participan unos 50 genes.
(tiene lugar en unas 6-10 horas)
- Metabólicamente activa - Hidratada
- Metabólicamente inactiva - Deshidratada
Ayuno de nutrientes !!
Invaginaciones de las membranas
Síntesis de las membranas de las esporas
Deshidratación Síntesis de proteínas SASP y ácido dipicolínico
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Características Célula vegetativa Endospora Estructura Célula Gram+ típica, Córtex grueso, cutícula, exosporio unas pocas Gram- Apariencia microscópica No refráctil Refráctil Dipicolínato cálcico Ausente Presente Contenido en agua Elevado, 80-90% Bajo, 10-25% Actividad enzimática Elevada Baja Síntesis macromolecular Presente Ausente Resistencia al calor Baja Alta Resistencia a agentes químicos (H2O2 y ácidos) Baja Alta Resistencia a radiaciones Baja Alta Sensibilidad a lisozima Sensible Resistente Tinción por colorantes Teñibles Sólo teñibles mediante métodos especiales pH citoplasmático alrededor de pH7 pH entre 5,5-6,0 (en el núcleo)
Diferencias entre células vegetativas y endosporas
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Importancia biotecnológica de endoesporas -Guerra biológica (esporas de ántrax, 11S) -Biocontrol (Bt anti-insectos, otros anti-hongos)
-Probióticos (esporas de Bacillus subtilis a pollos para prevenir enfermedades)
-Problema en la industria alimentaria Desarrollo de métodos eficaces de control Clostriudium botulinum
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Célula procariota Célula eucariota
Membrana citoplasmática Pared celular
Citoplasma Nucleiode Ribosomas
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Propiedades Procariota Eucariota Estructura y función del núcleo:
Membrana nuclear Ausente Presente
DNA Circular y cerrada Lineal, formando los cromosomas
Plásmidos Si No
División No mitosis Mitosis
Reproducción sexual No meiosis Meiosis
Estructura y organización del citoplasma:
Membrana citoplasmática carece de esteroles Existen esteroles existen hopanoides ausencia de hopanoides
Membranas internas Sencillas Compleja; retículo endoplasmático
Ribosomas 70S 80S
Orgánulos membranosos Ausentes Existen varios
Endosporas Presentes, termorresistentes Ausentes
Vesículas de gas Presentes (en algunas) Ausentes
Formas de motilidad:
Movimiento flagelar Flagelos rotatorios Flagelos o cilios; no rotan.
Movimiento no flagelar Deslizamiento (vesículas de gas) Corriente citoplasmática y movimiento ameboide; motilidad por deslizamiento
Diferencias en Organización Celular