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Estructura y Funcion de la Celula Bacteriana
 

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    Estructura y Funcion de la Celula Bacteriana Estructura y Funcion de la Celula Bacteriana Presentation Transcript

    • 1- Morfología de las células procariotas(forma, tamaño, agrupaciones)2- Estructura de la célula procariota3- Cubiertas celulares4- Estructuras externas5- Citoplasma6- Formas de resistencia7- Diferencias con EucariotasTema 2: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
    • CocosBacilosEspirilosEspiroquetasHifaTalloBacterias con yemas y apéndicesFilamentosos1- Morfología de las células procariotasESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA1- Morfología de las células procariotas
    • 1)Agrup. en empalizada2)Agrup. en roseta3)StreptobacilosAgrupaciones de bacilos
    • Agrupaciones de cocos1) Diplococos2)Streptococos3)Tetracocos4)Staphilococos5)Sarcinas
    • Tamaño de las células procariotasEpulopiscium fishelsoni (600µm)
    • superficievolumensuperficievolumen•Metabolismo activo yversátil•Alta tasa de replicación•Muy activos y competitivosTamaño de las células procariotasLa ventaja de ser pequeño: Relación superficie/volumen alta
    • Tamaño de las células procariotasLa ventaja de ser pequeño:Relación superficie/volumen altaEpulopiscium fishelsoni,Thiomargarita namibienus
    • ProcariotaEucariotaCloroplastoMitocondriaCitoplasmaMembrananuclearNucleoloNúcleoRibosomasRetículoendoplásmicoMembranacitoplasmáticaPared celular MembranacitoplasmáticaCitoplasma RibosomasNucleoideESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA2- Estructura de las células procariotas
    • FlageloCuerpos de inclusiónRibosomasFimbriasNucleoideCápsulaPared celularMembrana celularPlásmido-Envoltura celular-(membrana, pared)ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA3- Cubiertas celulares: 1-La membrana plasmática
    • RegiónhidrofóbicaRegiónhidrofílicaFosfolípidosMolécula defosfolípidoProteínas integrales demembrana3- Cubiertas celulares: 1-La membrana plasmáticaESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANAa)-Modelo estructural: Mosaico Fluido (bicapa lipídica + proteínas)b)-Composición Química: Lípidos (Fosfolípidos de Glicerol + Ac grasos)Proteínas (50-80%) (Integrales o periféricas)
    • Barrera 8 nm delimita del exterior. Esencial para la supervivenciaBarrera semipermeable y muy selectivaFormada por fosfolípidos• glicerol-P: parte hidrofílica• ácidos grasos: parte hidrofóbicaSe estabiliza con puentes de H, interacciones hidrofóbicas y cationes Mg+2 y Ca+23- Cubiertas celulares: 1-la membrana plasmáticaRegión Hidrofílica(polar)Región Hidrofóbica(no polar)Ácidos grasosFosfatoGlicerolEstructura de la bicapa lipídicac)-Diferencias con eucariotas: 5-25% de los lípidos son esterolesExcepciones procariotas- Existe esteroles en Mycoplasma y hopanoides (30C) en Bacterias
    • Isopreno3- Cubiertas celulares: 1-la membrana plasmáticac)-Diferencias en Archaea:1-Lípidos con enlace eterBACTERIAEUKARYAéterésterARCHAEA3- Pueden formar monocapas2-Carecen de Ac. grasosFitanoDiéter de glicerolBifitanoTetraéter de glicerol
    • 1.- Barrera de permeabilidad: permite el transporte de nutrientesy deshechos. Impide la pérdida de solutos. Permeabilidad selectiva2.- Papel estructural: Anclaje de proteínas de transporte,quimiotaxis, etc3.- Conservación de energía: generación de fuerza protónmotrizDistribución desigual de H+ exterior/interiorDiferencia en la [H+]  potencial químicoDistribución desigual de cargas  potencial eléctricoEnergización de la membrana  fuerza protónmotriz3- Cubiertas celulares: 1-la membrana plasmáticad) Funciones:¡el H+ no la atraviesa!H2O
    • La membrana plasmática tiene permeabilidad selectivaProteínas transportadorasSaturación del transportadorpor el sustratoTransporte mediadopor transportadorDifusión simpleConcentración externa de solutoVelocidaddeentradadesoluto-Alta especificidad-Permiten acumular nutrientes en contra de gradiente-Cambio conformacional en la proteína-Requiere energía
    • FlageloCuerpos de inclusiónRibosomasFimbriasNucleoideCápsulaPared celularMembrana celularPlásmido-Envoltura celular-(membrana, pared)3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULARESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
    • Membrana plasmáticaCitoplasmaSolutosParedcelularH2OSolución isotónica (isosmótica)Sin movimiento neto de H2OSolución hipotónica (hiposmótica)H2O entra en la célula ypuede estallar si la paredestá débil o dañada (lisis osmótica)Solución hipertónica (hiperosmótica)H2O sale de la célula causando quese encoja el citoplasma (plasmolisis)Células sin paredEn solución hipotónica3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULARa) Funciones: - Da forma y rigidez a la célula-Protege del daño mecánico y rotura osmótica(Mantiene la presión de turgencia)hipertónica
    • Membrana externaMembrana citoplasmáticaPeptidoglicanoPeptidoglicano PeptidoglicanoMembranaMembranaPeriplasmaMembrana externa(lipopolisacárido + proteína)Gram-positiva Gram-negativa90% 10%3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULARb) Estructura:
    • • Polímeros del disacárido N-acetilglucosamina (NAG) y del ácido N-acetilmurámico (NAM). (enlaces β1-4)• Unidos por tetrapéptidos. (enlaces CO-NH)cvN-acetilglucosamina (NAG)Ácido N-acetilmurámico (NAM) Puente de pentaglicinaPuente de pentaglicinaCadena tetrapeptídicaCadena tetrapeptídicaCadena tetrapeptídicaEsqueleto de carbohidratosEjemplo de Gram +3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULARc) Composición química: El Peptidoglicano
    • Representación esquemática dela estructura del peptidoglicanoConexiones entreunidades peptídicas(G) N-acetilglucosamina(M) Ácido N-acetilmurámicoEsqueleto glucídicoPéptidos Puenteintercatenario-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 bacteriaCaracterísticas
    • Estructura de una unidad repetida del peptidoglicanoUnionespeptídicasLisozimaPenicilinaGrupoN-acetiloL-AlaninaD-AlaninaÁcido meso-diaminopimélicoN-Acetilglucosamina (G) N-Acetilmurámico (M)Ácido D-Glutámico
    • GGM M M GGGM M M GGG M M G MGG M M G MDegradación del peptidoglicano• Lisozima: Destruye enlaces β(14)No actua sobre β(13)• Penicilina: Inhibe la transpeptidación• Fosfomicina: Inhibe síntesis de MParedMembranaLisozimaEntrada H2O Entrada H2OEntrada H2O LisisSolución hipotónicaSolución isotónicaLisozimaProtoplastoProtoplasto: célula con membranasin paredEsferoplasto: Célula con restos deparedCélulas bacterianas SIN peptidoglicano-Mycoplasmas y Thermoplasma (Archaea)-Archaea- Pseudopeptidoglicano(No tiene NAM y enlaces β1-3)- Capa S (paracristalina, son glicoproteínas)
    • Membrana externaMembrana citoplasmáticaPeptidoglicanoPeptidoglicano PeptidoglicanoMembranaMembranaPeriplasmaMembrana externa(lipopolisacárido + proteína)Gram-positiva Gram-negativa90% 10%3- Cubiertas celulares: 2-LA PARED CELULARb) Estructura:
    • Pared celular de Gram +Proteína asociadaa la paredAcidolipoteicoicoPeptidoglicanoMembranacitoplasmáticaAcido teicoico- Gruesa capa de peptidoglicano (mureína)- Presencia de ácidos teicoicos:
    • 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 organismoPared celular de Gram +
    • -Estrecha capa de peptidoglicano-Membrana externa formada por proteínas, fosfolípidos y lipopolisacárido (LPS)-Periplasma: espacio entre la membrana externa y la membrana citoplasmáticaPolisacárido O Núcleo del polisacáridoLipopolisacárido(LPS)MembranaexternaMembranacitoplasmáticaFosfolípidosPeptidoglicanoLipoproteínaProteínaLípido APorinaPorinas (canales que permiten transporte desustancias hidrofílicas de bajo PM)Periplasma (contiene enzimas hidrolíticos,proteínas de unión y quimiorreceptores)La Pared Celular de Gram (-)Estructura:Periplasma
    • Estructura y ComposiciónPolisacárido O específico Núcleo del polisacárido Lípido ATóxicoparaanimales-variabilidad antigénica(Antígeno O)-sitio de adherenciabacteriana-resistencia a fagocitosisCaracterísticas del LipopolisacáridoLa Pared Celular de Gram (-)-Disacárido NAG-P-Enlace éster con Ac GrasosLípidoPolisacárido-Núcleo: KDO (ceto-desoxioctonato)heptosas, hexosas-Polisacárido O(secuencias de 4-5 unidades ramificadas)
    • Funciones del LipopolisacáridoLa Pared Celular de Gram (-)-Tamiz molecular-Permite el paso de moléculas pequeñas hidrosolublesPORINAS-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 fagosMembranaexternaPeriplasmaMembranacitoplasmática
    • Propiedades Gram-positiva Gram-negativaEspesor de la pared gruesa (20-80 nm) delgada (10 nm)Número de capas 1 2Contenido peptidoglicano(mureína)>50% 10-20%Ácidos teicoicos presencia ausenciaContenido lípidos ylipoproteínas0-3% 58%Contenido proteínas 0 9%Contenido lipopolisacáridos 0 13%Sensibilidad a penicilina SiNo (conexcepciones)Sensibilidad a lisozima Si NoDiferencias en la pared celular de bacterias
    • FlageloCuerpos de inclusiónRibosomasFimbriasNucleoideCápsulaPared celularMembrana celularPlásmido-Envoltura celular(membrana, pared)-Estructuras externas(cápsula, fimbrias, pili, flagelo)4- Estructuras externas:ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
    • Composición: Capas de polisacáridos viscosos localizados fuera pared celular ,(exopolisacáridos extracelular EPS)• Cápsulas: mas densas, rígidas e impermeables (glicoproteínas)• Capas mucilaginosas: más diluidas, flexiblesFunciones:• Participan en la adherencia a superficies: formación de biopelículasEj: 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 GlicocalixB- ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
    • Biopelícula formada en superficiede un catéterBiopelícula formada sobre una hojaEjemplos de biopelículasExopolisacárido bacterianoBiopelículas microbianas“Comunidades de microorganismos que crecenadheridos a superficies y rodeados de unamatriz polimérica secretada por ellos”Superficie deacero
    • Impacto de las biopelículas…Extracción yconducción depetróleo y aceitesSistemas derefrigeraciónElaboración dealimentosAgua de bebidaTratamiento aguasresidualesImplantes médicosBocaBiocorrosión o biodeterioro
    • Fimbrias en Neisseria gonorrhoea4- 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) yformación de películas en líquidosFactores de virulencia-Pili-Similar fimbrias, más largos (1ó2 por cel)-Son más anchos que fimbrias (9-10 nm diámetro)-Función: AdhesiónDeterminados genéticamente por plásmidosConjugativos, CONJUGACION BACTERIANA(transferencia de ADN)Receptores de virus bacterianos
    • LofótricosAnfítricosPerítricos- Polares (monótricos, anfítricos, lofótricos)- Perítricos (alrededor de la célula)4- Estructuras externas:3-Flagelosa) Función: Movilidad (respuesta a estímulos, factor de virulencia)b) Distribución:Son filamento largos, finos (20nm Ø) y flexiblesMonótricos
    • FilamentoFlagelinaGanchoAnillo LAnillo PProteínaMotMembcitoplPeriplasmaPeptidoglicanoMembranaexterna(LPS)Anillo MSProteínasFliProteínaMot1.- FilamentoForma helicoidalPaso cteSubunidades de flagelina2.- GanchoUne el filamento a la base motoraFormado por un solo tipo deproteína3.- Cuerpo basal-Anclaje del flagelo:(anillos/varillas centrales)• Anillo L: En LPS solo en G(-)•Anillo P•Anillo MS-Motor: Proteínas Mot: Alrededoranillo MS• Canaliza flujo de protones• Provocan la rotación flagelar-Proteínas Fli responden aseñales intracelulares4- Estructuras externas:3-Flagelosc) Estructura4- Estructuras externas:3-Flagelos
    • Estructura del Flagelo procariotaGram (-) Gram (+)
    • CarreraTumbod) Movimiento flagelar4- 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
    • d) Movimiento flagelar4- 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 horarioDiferencias con eucariotas:-Estructura del filamento: microtúbulos-Movimiento serpenteante-Energía: ATP
    • ¿Quién es más rápido, unguepardo o Escherichia coli?Guepardo, el mamífero más rápido de laTierra, alcanza los 110 Km/h(aproximadamente 25 longitudes corporales/seg)La velocidad que alcanza una bacteria es deaproximadamente 0.00017 Km/h(unas 60 longitudes corporales/seg)
    • Quimiotaxis:Respuesta bacteriana a señales químicas que dirige la función flagelarCarreraCarreraTumboTumboCarreraAtrayentecarreras más largas hacia sustancias atrayentes oen contra sustancias repelentesproteínas de membrana detectan [sustancia]/tiempoactivan y modulan la rotación del flageloMovimiento dirigido o TAXIAa)Movimiento al azarb)Quimiorreceptores:
    • Otras Taxias:Aerotaxis: movimiento en respuesta al O2Fototaxis: movimiento en respuesta hacia la luzProteínas comunes con la quimiotaxisFotorreceptores detectar gradientes de luz LUZt = 0t = 2h
    • FlageloCuerpos de inclusiónRibosomasFimbriasNucleoideCápsulaPared celularMembrana celularPlásmido-Envoltura celular(membrana, pared)-Estructuras externas(cápsula, fimbrias, pili, flagelo)-Citoplasma(Nucleoide, ribosomas, inclusiones)5- CitoplasmaESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA
    • 5- Citoplasma: 1-NucleoideESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANANeisseria gonorrhoeaeCromosoma bacteriano o genóforo-Conjunto de genes necesarios paralas funciones celulares básicas-1 molécula de DNA circular desnudo-Sin membrana nuclear-Superenrrollamiento por DNA girasasProteínasDominiosuperenrolladoRegión del citoplasma donde se encuentra el material genético
    • Tamaños, formas y número de cromosomasde microorganismosCromosoma
    • NucleoideCromosoma de E. coli(4,7x106 bases 1300µm, L=2-3µm)4.500 genes(Hombre:2,9x109bases 40.000 genes)
    • Replicación del cromosoma bacteriano-Relajación del DNA  Apertura de las hebras-Origen de replicación único-Síntesis de DNA bidireccional y semiconservativa-No existen intronesHorquilladereplicaciónADNsintetizadode novoOrigen dereplicación
    • -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 pigmentosPlásmidoElementos genéticos de replicación independiente del cromosomaDiferencia entre cromosoma y plásmido: los plásmidos no llevan genesque sean requeridos en todas las condiciones de crecimiento !!
    • Reserva de carbono y energía Poli-β-hidroxibutirato(PHB):Polímero dehidroxi-butíricoSe agregan formando gránulos Glucógeno:polímero de subunidades de glucosaRhodospirillum sodomense5- Citoplasma: 2-InclusionesESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANA-Inclusiones rodeadas de membranas de lípidos-Contienen sustancias que almacenan energía (Pi, polisacáridos, azufre..)1-Gránulos de reserva1a-Polímeros carbonados
    • Polímero linear de ortofosfatos unidos por enlaces ester. Reserva de energíaAcumulación de S0En bacterias del azufre1b- Gránulos de Azufre5- Citoplasma: 2-Inclusiones1-Gránulos de reserva1c- Gránulos de Polifosfato
    • -Partículas cristalinas de magnetita Fe3O4-Monocapa lipídica-Dipolo magnético sometido a camposmagnéticos-Presente en bacterias acuáticas5- Citoplasma: 2-Inclusiones2- Magnetosomas3- Vesículas de gas-Permiten la flotación-Mecanismo de movilidad a diferentes alturasen respuesta a factores ambientales-Formas de haz (huecas y rígidas)-Rodeadas de membranas proteícasimpermeables a líquidos pero no a gas-Presentes en cianobacterias, bacteriasfototrofas púrpuras y verdes, arqueas
    • Formas de reposo de la bacteria• Metabolismo detenido• Resistentes condiciones ambientalesadversas– Desecación– Altas temperaturas– Radiaciones UV– Compuestos químicos. Características: g. Bacillus y Clostridium5- ENDOSPORA: Formas de resistenciaESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA BACTERIANAEsporas de Bacillus cereus (color verde), CV (color rosa)•Formación: Interior celularTerminal Subterminal Central
    • Exosporio:Capa proteíca con un 20% carbohidratosResistencia a enzimas hidrolíticosCutícula o cubierta:50-80% proteína de la espora, alto contenidoEn aminoácidos hidrofóbicos y cisteína.Absorbe radiaciones,resistencia a compuestos químicosCórtex:Variante de peptidoglicano muy laxoContribuye a la resistencia mecánicay a la deshidratación del citoplasmaNúcleo o Protoplasto:Célula en estado de reposoPC, MP, Citoplasma(Genoma completo condensado ypocos ribosomas)NucleoideRibosomasPared celularEstructura de la endospora5- ENDOSPORA: Formas de resistencia
    • 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 gelatinosaTermorresistenciaResistencia productos químicosInactivación de enzimas.-Proteínas SASPs (pequeñas prot Ac-solubles):Bajan el pH en una unidadFunción:-Unión a DNA(Protección frente a UV, desecacióny calor seco)-Reserva C y energía al germinar la espora
    • Proceso de esporulación o esporogénesisCélula vegetativa EndosporaProceso complejo y altamente regulado en el queparticipan unos 50 genes.(tiene lugar en unas 6-10 horas)- Metabólicamente activa- Hidratada- Metabólicamente inactiva- DeshidratadaAyuno denutrientes !!Invaginaciones delas membranasSíntesis de lasmembranasde las esporasDeshidrataciónSíntesis de proteínasSASPy ácido dipicolínico
    • Características Célula vegetativa EndosporaEstructura Célula Gram+ típica, Córtex grueso, cutícula, exosporiounas pocas Gram-Apariencia microscópica No refráctil RefráctilDipicolínato cálcico Ausente PresenteContenido en agua Elevado, 80-90% Bajo, 10-25%Actividad enzimática Elevada BajaSíntesis macromolecular Presente AusenteResistencia al calor Baja AltaResistencia a agentesquímicos (H2O2 y ácidos) Baja AltaResistencia a radiaciones Baja AltaSensibilidad a lisozima Sensible ResistenteTinción por colorantes Teñibles Sólo teñibles mediante métodosespecialespH citoplasmático alrededor de pH7 pH entre 5,5-6,0 (en el núcleo)Diferencias entre células vegetativas y endosporas
    • Importancia biotecnológica de endoesporas-Guerra biológica(esporas de ántrax, 11S)-Biocontrol(Bt anti-insectos,otros anti-hongos)-Probióticos(esporas de Bacillus subtilis a pollospara prevenir enfermedades)-Problema en la industria alimentariaDesarrollo de métodos eficacesde controlClostriudium botulinum
    • Célula procariota Célula eucariotaMembrana citoplasmáticaPared celularCitoplasma Nucleiode Ribosomas
    • Propiedades Procariota EucariotaEstructura y función del núcleo:Membrana nuclear Ausente PresenteDNA Circular y cerrada Lineal, formando los cromosomasPlásmidos Si NoDivisión No mitosis MitosisReproducción sexual No meiosis MeiosisEstructura y organización del citoplasma:Membrana citoplasmática carece de esteroles Existen esterolesexisten hopanoides ausencia de hopanoidesMembranas internas Sencillas Compleja; retículo endoplasmáticoRibosomas 70S 80SOrgánulos membranosos Ausentes Existen variosEndosporas Presentes, termorresistentes AusentesVesículas de gas Presentes (en algunas) AusentesFormas de motilidad:Movimiento flagelar Flagelos rotatorios Flagelos o cilios; no rotan.Movimiento no flagelar Deslizamiento (vesículas de gas) Corriente citoplasmática y movimientoameboide; motilidad por deslizamientoDiferencias en Organización Celular