Apendices Capsulas Pilis Fimbrias Capsoide Flagelo Vacuolas

1. 4. Biología Celular de Procariotes
4.1.2 Los Apéndices
Q. B. P. Elizabeth Hinojosa Rebollar
Departamento de Microbiología
Escuela Nacional de Ciencias Biológicas
IPN

2. Formas de movimientos en los
procariotes
1. Nado
Se genera a través de la rotación de un
aparato especializado llamado flagelo
procariote y se presenta en la mayoría de los
procariotes móviles.
2. Deslizamiento
Se han descrito varios mecanismos
responsables de la movilidad, pero no han
sido bien caracterizados. Se presenta en
algunas cianobacterias y en mixobacterias.

3. Proteus vulgaris

4. 4.1.2.1 Los flagelos en los procariotes
Son apéndices extracelulares filamentosos, largos,
helicoidales y rígidos, responsables del desplazamiento en
medios líquidos.
Salmonella typhi

5. Características de los flagelos
Se originan en la membrana citoplasmática y miden de 3-20
µm de largo por 14-20 nm de grosor.
Están codificados por unos 50 genes denominados fla, fli, flg,
Mot, entre otros.
Origen
del flagelo
flagelo
Escherichia coli
Pueden rotan en el sentido o en
contra de las manecillas del
reloj, dirigidos por un motor
rotatorio localizado en la base
del mismo.
Conservan la misma estructura
general en bacterias Gram
positivas, Gram negativas y
espiroquetas.
No son vitales para la célula pero representa una ventaja
evolutiva para la superviviencia en un ambiente natural, ya que
le permite moverse y responder a los estímulos ambientales.

6. Demostración directa de la presencia
del flagelo
DIRECTA.
Microscopía de luz visible. Tinción de Leifson e
impregnación argéntica.
Microscopía electrónica de transmisión y barrido.
Flagelos peritricos
Microscopía electrónica de
transmisión.
Técnica de sombreado.
Microscopía de luz visible.
Tinción de Leifson

7. Demostración indirecta de la presencia
del flagelo
INDIRECTA.
Preparaciones en fresco.
Observación del crecimiento colonial en forma de "swarming“.
Movilidad en agar semisólido.
+ - T
Crecimiento colonial de Proteus sp.
en agar sangre “swarming” Prueba de movilidad

8. Clasificación de los flagelos por su
localización
Existen varios patrones flagelares tanto en número
como en localización de los flagelos.
localización tipo de flagelo
monotrico
lofotrico
anfitrico
peritrico
ejemplo
Pseudomonas
aeruginosa, Vibrio sp
Spirillum volutans,
Spirillum serpens
Proteus sp.
Escherichia coli

9. Observación de los flagelos al microscopio óptico
monotrica
Pseudomonas aeruginosa
lofotrica
Spirillum volutans
anfitrica
Spirillum serpens
peritrica
Proteus vulgaris

10. Estructura del flagelo
filamento
gancho
Cuerpo
basal

11. El filamento
Estructura cilíndrica helicoidal, rígida y hueca de
localización extracelular. Mide 5- 15 µm de largo y
14-20 nm de diámetro.
Está constituido de subunidades de un sólo tipo de
proteína llamada flagelina.
filamento
Vibrio cholerae

12. Características del filamento
La longitud y amplitud de la onda
es constante en cada especie.
Se sintetiza por autoensamble y
las subunidades de flagelina se van
incorporando al extremo distal,
dando una hélice izquierda.
Constituye el antígeno “H”, y es
específico de especie (p.e.
Salmonella).
Se aíslan fácilmente por agitación
mecánica.
La relación entre la estructura y
forma de hélice izquierda del
filamento, permite que la fuerza
rotacional se convierta en una
fuerza de traslación que genera un
“empuje mecánico”.
flagelina

13. El gancho
Estructura curvada, flexible y
hueca de unos 50 a 80 nm de
longitud, y de 5-20 nm de
diámetro de localización
extracelular.
Constituido de una proteína
diferente a la flagelina, similar
en todas los flagelos.
Actúa como un acoplante
flexible que permite que se
transmita la fuerza de rotación
al filamento.
gancho

14. El cuerpo basal
Es un complejo multiproteico embebido en la membrana
citoplásmica y en la pared celular, que ancla el flagelo a
la célula, y en él se localiza el motor flagelar.
anillo S
anillo M
anillo L
anillo P
anillo C
proteinas
Mot
membrana
externa
membrana
citoplasmática
peptidoglicana
barra
citoplasma

15. Componentes del cuerpo basal
Todos los componentes son de naturaleza proteica.
Los anillos SM de localización membranal, constituyen parte del
“rotor” del motor flagelar.
Los anillos P y L, se localizan en la peptidoglicana y en el
lipolisacarido de la membrana externa respectivamente, forman
un cilindro que permite al eje central rotar libremente.
El eje central o barra, funciona como una flecha conductora
unida a los anillos MS y se encarga de transmitir la rotación al
gancho y al filamento.
Las proteínas MotA y Mot B, se localizan rodeando a los anillos
MS. Constituyen el canal de protones que permite el
acoplamiento entre el gradiente electroquímico y el rotor. MotB
o “estator” también sirve de anclaje del motor flagelar
El anillo C, se localiza en el citoplasma (proteínas FliG, FliM y
FliN entre otras). Constituye el interruptor o “switch” y
controla el cambio de dirección de rotación del motor.

16. Diferencias en el cuerpo basal de las bacterias
Gram positivas y Gram negativas
Las bacterias Gram positivas sólo presentan los anillos MS
Anillo S
Anill o M
Bacteria Gram negativa Bacteria Gram positiva

17. Motor rotatorio flagelar
“rotor”
“estator”
Eje central
o barra
interruptor
o “switch”

18. Composición del motor rotatorio
flagelar
interruptor o “switch”
Recibe la información del sistema
traductor quimiotáctico para indicar el
giro en un sentido o en otro.
“rotor”
Rota en un sentido o en otro, la energía
deriva de la fuerza protomotriz.
“estator”
Es el anclaje que mantiene fijo al motor
en una sola región transmembranal y
forman un canal de transporte para los
protones (H+) ó Na+.
Eje central o barra
Al estar unido a los anillos MS, rota
junto con ellos y transmite el
movimiento a los anillos P y L y al
gancho.
“rotor”
H+ ó Na+
barra
Proteínas Mot
A y B
Anillo C
Sistema
sensor
anillos MS
“estator”
“interruptor o
“switch”
“rotor”
anillo L
anillo P

19. Morfogénesis del flagelo

20. Características del movimiento flagelar
El motor es bidireccional, esto es, rota en el sentido
o en contra de las manecillas del reloj.
La energía que propulsa al motor deriva de un
gradiente iónico transmembranal, ya sea de protones
ó de iones sodio (en el caso de bacterias
alcalofílicas). El motor convierte el gradiente
electroquímico o f.p.m. en un trabajo mecánico.
Por cada rotación se translocan aproximadamente
256 protones.
El motor puede llegar a rotar hasta a 1100 r.p.s.
(Vibrio algynoliticus).
La bacterias pueden nadar de 20-100 um/seg.

21. El motor es bidireccional
Si gira en sentido contrario a las
manecillas del reloj, provoca que los
distintos filamentos se organicen
formando un haz paralelo al eje
longitudinal de la célula, donde cada
uno gira independientemente. Se
genera una fuerza de propulsión y se
produce en nado en una trayectoria
relativamente linear.
Si gira en sentido de las manecillas
del reloj, provoca que los filamentos
se desorganizen adquiriendo un
aspecto "rizado“ y que no estén
coordinados entre sí, lo que ocasiona
que la célula de movimientos al azar
en los que se reorienta sin que exista
desplazamiento.

22. “Taxis”
Es la capacidad de los organismos para responder a
diversos estímulos ambientales como luz, oxígeno, pH,
temperatura, presión, osmolaridad y diferentes
compuestos químicos.
Los tactismos más comunes en bacterias son: quimiotaxis,
magnetotaxis, aerotaxis y fototaxis.

23. “Quimiotaxis”
Es el movimiento de un organismo en respuesta a un
gradientes químico de concentración.
La respuesta dependerá de si es gradiente está dado
por un atrayente o un repelente.
La presencia de proteínas “sensoras” y un sistema
traductor que lleva la señal a la base del flagelo, es
la base de la respuesta quimiotáctica.

24. Tipos de Quimiotaxis
Si el gradiente está dado por un
atrayente, la respuesta está dada
por movimientos direccionales de
acercamiento al gradiente y se
conoce como quimiotaxis positiva.
Ejemplo de de atrayentes:
aminoácidos, azúcares, péptidos y
ácidos carboxílicos.
Si el gradiente está dado por un
repelente, la respuesta está dada
por movimientos direccionales de
alejamiento del gradiente y se
conoce como quimiotaxis negativa.
Ejemplo de repelentes: alcoholes,
ácidos etc.
atrayente
repelente

25. Movimiento del flagelo en ausencia y
presencia de un gradiente.
En un medio ambiente uniforme, las
bacterias se mueven a través de
una serie de nados, interrumpidos
por periodos de reorientación.
Esto da como resultante un
movimiento al azar en su entorno.
ausencia de
gradiente
movimiento
recto (carrera)
movimiento al azar
(corridas)
En presencia de un gradiente, las
bacterias responden con un
movimiento neto hacia una situación
favorable en relación al gradiente.
El motor recibe la señal de disminuir
la frecuencia de la rotación en el
sentido de las manecillas del reloj,
aumentándose con esto los periodos
de natación en línea recta o carrera.
La resultante es avance.
presencia de un
gradiente de
atrayente
movimiento
recto (carrera)
movimiento al azar
(corridas)

26. Características del sistema traductor de la
quimiotaxis
Se encarga de convertir los estímulos extracelulares en
una señal intracelular dirigida a producir una respuesta.
Permite a la célula responder a un cambio de
concentración más que a una concentración absoluta,
esto es, integrar la información temporalmente,
comparan los estímulos sensoriales pasados con los
actuales.
Permite a la célula “desensiblizarse” y regresar al
comportamiento de nado-voltereta.
Es muy complejo, en el participan muchas proteínas y al
menos dos formas de regulación que son: la fosforilación
de Che A y la metilación MCP.

27. Componentes del sistema traductor
de la quimiotaxis
Proteína quimiotácticas aceptoras de metilo (MCP).
Son las proteínas sensoras, de localización transmembranal, se
pueden unir directamente a los atrayentes y repelentes o a
través de proteínas periplásmicas. Cada MCP puede detectar
varios compuesto. No influye directamente sobre la rotación
del flagelo, sino a través de una serie de seis proteínas
citoplasmáticas.
Proteínas citoplasmáticas solubles:
CheA, CheW, CheY, CheZ, CheR y CheB, traducen la señal
desde el quimioreceptor hasta el interruptor de motor
flagelar.
CheA, CheW y CheZ regulan el nivel de fosforilación de CheY.
CheY es la proteína reguladora que interacciona con la proteína
FliM del interruptor, y modula la dirección de la rotación, por
lo tanto la frecuencia del nado y de la reorientación.
CheR y CheB, modulan el grado de metilación de MCP, son
parte del circuito de retroalimentación que detienen las
respuestas motoras cierto tiempo después de iniciarse.

28. El sistema transductor de las señales
Los bajos niveles de atrayente, provoca una disminución en la
ocupación en la proteina MCP, y su unión a CheW promueve la
fosforilación de CheA (CheA~P), quien a su vez fosforila CheY
(regulador de la respuesta).
CheY~P, transmite la señal a la proteína FliM, y provoca el disparo del
interruptor como un giro en el sentido de las manecillas del reloj, el
resultado es una reorientación celular o volteretas.
CheZ rápidamente desfosforila a CheY. La vida corta de CheY~P
hace a la bacteria muy sensible a los cambios de concentración del
atrayente.
El complejo MCP-atrayente, provoca cambios en su conformación y
junto con CheW, disminuyen los niveles de fosforilación de CheA, por
lo que disminuyen los de CheY~P. Ahora la señal a la proteína FliM es
la de girar en contra de las manecillas del reloj, el resultado es un
nado hacia la concentración favorable.
Este sistema regulador parece ser incapaz de notar los cambios a
través del tiempo.
Por otro lado, CheA~P puede también fosforilar a CheB, que es el otro
regulador de la respuesta quimiotáctica.

29. Sistema transductor de adaptación
El grado de metilación y desmetilación de MCP afecta su
conformación y controla la adaptación a una señal química. Permite
reiniciar el nivel de sensibilidad de los receptores aunque los
compuestos químicos permanezcan sin cambio.
CheR añade continuamente grupos metilo a MCP y CheB elimina los
restos de metilo de MCP.
Si el nivel del atrayente es alto, los niveles de fosforilación de CheA
(y por lo tanto de CheY y de CheB) permanecerán bajos y la célula
nada. El nivel de MPC~Met aumentará porque CheB~P no está
presente para desmetilar.
Cuando MPC es metilado totalmente, no responde a los atrayentes,
por lo que los niveles de CheA~P y por consiguiente de CheY~P se
incrementan, el resultado es que la célula da volteretas.
MPC~Met puede ser desmetilada por CheB, ahora MCP desmetilado
responde a los atrayentes y la respuesta vuelve a ser de nado.

30. Esquema del sistema traductor de la
señal quimiotáctica
atrayente
Proteína MCP
motor flagelar
Membrana citoplasmática

31. Los flagelos de las espiroquetas
Las espiroquetas son bacterias helicoidales extremadamente
finas, en ellas los flagelo se localizan enrollados entre el
cilindro protoplasmático y la membrana externa.
Reciben el nombre de endoflagelos o fibras axiales.
fibras axiales
protoplasma
membrana
externa

32. Características de los endoflagelos
Estructuralmente son similares a los
flagelos antes descritos.
Están unidos al cilindro protoplasmático en
uno de sus polos.
Al girar los flagelos de los dos extremos
en el mismo sentido, obligan a girar al
cilindro rígido en un sentido, y a la
membrana externa en sentido contrario, el
resultado es un movimiento de tirabuzón
(flexión y giro).
El movimiento generado es resultado de
adaptaciones evolutivas que les permiten a
las espiroqueta el rápido avance en medios
de alta densidad como fangos espesos,
mucosas de los animales, etc.
Membrana
externa
Cuerpo celular
Filamentos
axiales
Membrana
externa
Membrana
externa

33. El flagelo en las arqueas
Lo miembros móviles de estos procariotes presentan una estructura
fundamentalmente distinta a la descrita para las bacterias.
El flagelo es una estructura más delgada pero que también rota utilizando
un gradiente de protones.
Presenta un gancho, pero no se tiene una demostración evidente de un
cuerpo basal con anillos, esto debido tal vez, a las diferencias en la
composición en la pared celular en las arqueas o tal vez porque la
estructura es más frágil.
Presentan una estructura de anclaje compuesta de proteínas específicas
en las arqueas.
La diferencia fundamental es que, los genes que codifican para las
estructuras del flagelo en bacterias no se han descrito en las arqueas.
Su flagelina carece de una secuencia similar a la flagelina de los filamentos
de los flagelos de las bacterias y parece tener mayor similitud con las
proteínas de las pilinas tipo IV, estructuras novedosas involucradas con la
movilidad (ver más adelante).
Sin embargo, a pesar de estas diferencias, presentan un sistema
traductor quimiotáctico similar al de las bacterias. Se han encontrado
proteínas químiotácticas homólogas a la mayoría de las presentes en las
bacterias.

34. El movimiento deslizante
Se presenta en cianobacterias y mixobacterias, el
mecanismo involucra la salida de copiosas cantidades de
material mucoide de una estructura llamada poro complejo
de unión, el cual provee el empuje para la locomoción.
Los poros mide de 14-16 nm y
forman filas que rodean ambos
lados de la pared celular.
Las bacterias pueden deslizarse en
superficies sólidas a una velocidad
de 3 µm/seg, dejando un rastro
mucoide.
Dependiendo del organismo, otros
mecanismos parecen estar
involucrados en el movimiento
deslizante.
Capa S secreción
mucoide
membrana
externa
poro complejo
membrana
citoploplasmá-
tica

35. Estructuras novedosas involucradas en
el movimiento de los procariotes
1. Presencia de un pili tipo IV
Se observó en Pseudomonas aeruginosa y en algunas bacterias
deslizante que presentan movimiento social.
El pili no presenta un canal interno y es capaz de extenderse y
retraerse.
El movimiento de la célula solo es visible durante la retracción del pili,
donde las células parecen ser empujadas.
2. Presencia de una “estructura dentada” en bacterias deslizantes.
Se observó en los géneros Cytophaga y Flavobacterium. La estructura
se forma entre proteínas especiales de la membrana citoplasmática y
proteínas de la membrana externa. El movimiento de las proteínas de la
membrana citoplasmáticas puede se derivado de una f.p.m. que al
interaccionar con las proteínas de membrana externa resulta en el
movimiento de la célula hacia adelante, el mecanismo exacto aún es
desconocido.
3. Presencia de un citoesqueleto contráctil en Spiroplasma.
Spiroplasma es un organismo móvil no flagelado que carece de pared
celular, pero tiene una membrana unida a un citoesqueleto interno
formado de siete fibras que se extienden a lo largo de la célula.
La movilidad se debe a las contracciones lineales del citoesqueleto y su
interacción con la membrana citoplasmática. Se piensa que actúa como
un motor lineal.

36. 4.1.2.2 PILIS Y FIMBRIAS
fimbrias
Escherichia coli

37. Características generales de los pilis y
las fimbrias
Son apéndices rectos rígidos, delgados, cortos y
huecos.
Miden 3 a 20 nm de longitud y 3 a 10 nm de diámetro.
Sólo son visibles al microscopio electrónico.
Se originan en la membrana citoplasmática.
Están constituidos de una proteína llamada pilina (17
Kda.), con un arreglo helicoidal y dejando un hueco
central.
Están presentes principalmente en las bacterias Gram
negativas.
Pueden estar codificados en los plásmidos o en el
cromosoma.
Su síntesis es autónoma.

38. Fimbrias
Son apéndices muy cortos de 4 a 7 nm de
diámetro, que se presentan en gran número y
repartidos por toda la superficie, tienen la función
de adhrencia.
Proteus vulgaris
fimbrias

39. Funciones de las fimbrias adherentes
Favorecen la formación de películas en la superficie
(microcolonias y velos).
Se pueden adherir a superficies inertes como las rocas.
Se pueden adherir a tejidos
animales y vegetales, pudiendo
ser un factor de patogenicidad.
La función de adherencia no
reside en la pilina, sino en una
proteína especial de la punta
del pelo llamada lectina.
Los genes que codifican para
las adhesinas son de
localización cromosómica.
Escherichia coli adheridas
a células epiteteliales

40. Pilis
Son más largos y más gruesos que las fimbrias y se
presentan de 1 a 10 por célula.
Los pili F permiten ponerse en contacto una célula F+,
dotada del pili F, y una célula F-, carente de él.
pili FCélula F+
Célula F-

41. Características generales de los pilis F
También reciben el nombre de pili sexual.
Están determinados genéticamente por los
plásmidos conjugativos (plásmido F) que
tienen replicación autónoma.
Permiten el contacto célula-célula para la
transferencia de información genética,
indispensable para que se lleve a cabo el
proceso de conjugación.
Son receptores específicos fagos.

42. PROSTECA
prosteca
Caulobacter sp.

43. Características de las prosteca
rosetas
Son prolongaciones de la membrana citoplasmática
semirrígidas que se presentan en un grupo específico
de bacterias.
Tienen un diámetro menor
que el cuerpo celular y están
rodeadas por la membrana y
la pared celular.
Tiene forma de yema, hifa o
pedúnculo.
Permiten la agrupación en
rosetas en la bacteria del
género Caulobacter.

44. Funciones de la prosteca
Sirven como una estructura de unión a los
sustratos inertes como las rocas.
Aumentan la relación superficie/volumen y
permiten:
1. Tener una mayor capacidad de flotabilidad en
ciertas bacterias planctónicas
2. Tener una mayor superficie para la captación de
nutrientes en ambientes oligotróficos en bacterias
del género Prosthecomicrobium.
Tienen alguna funcionan en el proceso de
reproducción en las bacterias del género
Hyphomicrobium.

45. BIBLIOGRAFÍA
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