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CAPÍTULO IV
ESTRUCTURA DE LA CÉLULA
BACTERIANA
03/07/2017Curso de Microbiología 1
OBJETIVOS
• Identificar las características estructurales de las bacterias.
• Determinar las funciones que cumplen sus estructuras.
• Conocer el tipo de organización del material genético bacteriano.
03/07/2017Curso de Microbiología 2
CELULA BACTERIANA
03/07/2017Curso de Microbiología 3
Anatomía de la célula bacteriana
Componentes permanentes
• Pared celular,
• Membrana citoplasmática;
• Citoplasma,
• Ribosomas,
• Mesosomas,
• Genoforo (único cromosoma
bacteriano)
Componentes temporales.
• Flagelos,
• Pelos,
• Esporas,
• Inclusiones,
• Plásmidos.
Estructura general
• cápsula o capa mucilaginosa
• capa S paracristalina
• vaina
• botones de anclaje
• pared celular
• Protoplasto
03/07/2017Curso de Microbiología 5
Protoplasto
• membrana citoplásmica (que puede tener o no
invaginaciones)
• citoplasma, que incluye:
• genóforo, constituido por
1. un cromosoma
2. en algunas especies, uno o varios plásmidos (elementos
genéticos extracromosómicos)
03/07/2017Curso de Microbiología 6
Protoplasto
• ribosomas
• inclusiones
• orgánulos
• Flagelos
• Fimbrias (pelos)
03/07/2017Curso de Microbiología 7
Citoplasma
Es un sistema disperso
formado por:
1. Coloides
2. Agua
3. Proteínas
4. Hidratos de carbono
5. Lípidos
03/07/2017Curso de Microbiología 8
COLOIDE.
Es un sistema formado por dos o más fases,
principalmente: una fluida(líquido), y otra
dispersa en forma de partículas muy finas, de
diámetro comprendido entre 10-9 y 10-5 m.
La fase dispersa es la que se halla en menor
proporción.
La fase continua es líquida, pero pueden
encontrarse coloides cuyos componentes se
encuentran en otros estados de agregación.
Citoplasma bacteriano
• El citoplasma bacteriano es la masa de materia viva delimitada
por la membrana citoplásmica. En su interior se albergan:
• cuerpos nucleares (nucleoide);
• plásmidos (no en todas las cepas bacterianas);
• ribosomas;
• inclusiones (no en todas);
• orgánulos (no en todas).
03/07/2017Curso de Microbiología 9
Citoplasma bacteriano
• Al igual que en los demás seres vivos, el citoplasma es un sistema
coloidal cuya fase dispersante es agua junto con diversas
sustancias en solución (citosol), y cuya fase dispersa está
constituida por macromoléculas y conjuntos supramoleculares
(partículas submicroscópicas). La viscosidad es mayor que la del
citoplasma eucariótico, estando desprovisto de corrientes
citoplásmicas.
03/07/2017Curso de Microbiología 10
EL NUCLEOIDE
• El ADN es el material genético de los procariotas, al igual que del
resto de seres vivos (celulares). Está contenido en una región
concreta del citoplasma, denominada nucleoide, no delimitado por
membrana. El genoma es el conjunto de genes y secuencias de
ADN de un organismo. En el caso de bacterias, el elemento
obligatorio del genoma es el cromosoma, aunque es frecuente
encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos.
03/07/2017Curso de Microbiología 11
EL NUCLEOIDE
03/07/2017Curso de Microbiología 12
COMPOSICIÓN QUÍMICA, ESTRUCTURA Y
ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA
• Los cromosomas aislados muestran una composición de un 60%
de ADN, 30% de ARN y 10% de proteínas.
• En la mayor parte de las bacterias este ADN constituye un solo
cromosoma circular, cerrado covalentemente (ADN c.). Existen
algunas excepciones, en el sentido de que podemos encontrar
cromosomas lineares o incluso más de un grupo de ligamiento
(más de un cromosoma):
03/07/2017Curso de Microbiología 13
COMPOSICIÓN QUÍMICA, ESTRUCTURA Y
ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA
• En el género Borrelia el cromosoma es lineal con los extremos
cerrados covalentemente (es decir, los extremos forman una
especie de bucle de horquilla);
• En bacterias del género Streptomyces también poseen un
cromosoma lineal, pero sus extremos contienen secuencias
cortas repetidas y están acomplejados con proteínas, lo que
recuerda de algún modo los telómeros eucariotas;
03/07/2017Curso de Microbiología 14
COMPOSICIÓN QUÍMICA, ESTRUCTURA Y
ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA
Algunas bacterias parecen poseer dos o más cromosomas:
• Rhodobacter sphaeroides, Vibrio, Leptospira y Brucella
presentan dos cromosomas circulares
• Sinorhizobium melitoti presenta tres cromosomas circulares
• Distintas cepas de Burkholderia cepacia presentan entre 2 y 4
cromosomas
• Agrobacterium tumefaciens cuenta con un cromosoma lineal y
otro circular.
03/07/2017Curso de Microbiología 15
COMPOSICIÓN QUÍMICA, ESTRUCTURA Y
ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA
• Las bacterias son organismos haploides: poseen un solo
cromosoma. Sin embargo, cuando las células bacterianas se
encuentran en crecimiento activo, y debido al desfase de la
división celular respecto de la replicación, cada individuo puede
albergar varias copias de ese cromosoma. Por ejemplo, E. coli
puede llegar a 10 copias. Azotobacter puede llegar hasta las
100 copias al final de la fase de crecimiento exponencial, la
bacteria gigante Epulopiscium, que aumenta el número de
copias a 10.000 veces!).
03/07/2017Curso de Microbiología 16
Tamaño de los cromosomas
• Una bacteria típica, como Escherichia coli posee un cromosoma
con 4.700 pares de kilo bases (kb). Pero los rangos de tamaño
oscilan entre las 700 kb de Mycoplasma genitalium (una
bacteria carente de pared y parásita) y las más de 12 000 kb de
ciertas bacterias capaces de diferenciación celular y fenómenos
de multicelularidad (cianobacterias, actinomicetos).
03/07/2017Curso de Microbiología 17
Cromosoma bacteriano
03/07/2017Curso de Microbiología 18
Plásmidos
• Se definen como elementos genéticos extracromosómicos con
capacidad de replicación autónoma (es decir, constituyen
replicones propios). Todos los plásmidos bacterianos estudiados
son de ADN de cadena doble. La inmensa mayoría son
circulares cerrados covalentemente (c.c.c) y súper enrollados
(aunque en Borrelia y algunos Actinomicetos existen plásmidos
lineales). Algunos plásmidos poseen, además, la capacidad de
integrarse reversiblemente en el cromosoma bacteriano: en esta
situación se replican junto con el cromosoma (bajo el control de
éste), y reciben el nombre de episomas.
03/07/2017Curso de Microbiología 19
Plásmidos
03/07/2017Curso de Microbiología 20
Fenotipos determinados por los plásmidos
• Resistencia a antibióticos (plásmidos R)
• Resistencia a metales pesados (por ejemplo, resistencia a
mercurio).
• Plásmidos de virulencia: producción de toxinas, factores de
penetración en tejidos, adherencia a tejidos del hospedador, etc.,
en ciertas bacterias patógenas.
• Producción de bacteriocinas (proteínas tóxicas producidas por
bacterias que matan a otras de la misma especie).
03/07/2017Curso de Microbiología 21
Fenotipos determinados por los
plásmidos
• Producción de sideróforos (quelatos para secuestrar iones Fe3+).
• Utilización de determinados azúcares.
• Utilización de hidrocarburos, incluyendo algunos cíclicos recalcitrantes
(degradación de tolueno, xileno, alcanfor, etc.) en Pseudomonas.
• Inducción de tumores en plantas (plásmido Ti de Agrobacterium
tumefaciens)
• Interacciones simbióticas y fijación de nitrógeno en ciertos Rhizobium.
03/07/2017Curso de Microbiología 22
Ribosomas
• El ribosoma está compuesto de un 63% de ARN (que a su vez
representa más del 90% del ARN total de la bacteria) y un 37% de
proteínas.
• El ribosoma procariota posee un coeficiente de sedimentación de 70S,
frente al de 80S de los ribosomas citoplásmicos eucarióticos.
• Bajando la concentración de iones Mg++ cada ribosoma se disocia en
sus dos subunidades: la pequeña (30S) y la grande (50S). In vivo esta
disociación ocurre cada vez que se completa la síntesis de una
molécula de proteína, para volver a unirse las dos subunidades al
inicio del mensaje de otro gen.
03/07/2017Curso de Microbiología 23
Ribosoma
03/07/2017Curso de Microbiología 24
Subunidades (30S y 50S)
• La pequeña, contiene un solo
tipo de ARN: el ARNr 16. Posee
21 tipos de proteínas,
denominadas S1, S2 ... S21.
• La grande, posee dos tipos de
ARN: ARNr 23S y ARNr 5S, y
34 tipos de proteínas diferentes,
denominadas L1 ... L32.
03/07/2017Curso de Microbiología 25
Inclusiones de reserva
• Son acúmulos de sustancias orgánicas o inorgánicas, rodeadas o
no de una envuelta limitante de naturaleza proteínica, que se
originan dentro del citoplasma bajo determinadas condiciones de
crecimiento. Constituyen reservas de fuentes de C o N
(inclusiones orgánicas) y de P o S (inclusiones inorgánicas).
03/07/2017Curso de Microbiología 26
Inclusiones de reserva
03/07/2017Curso de Microbiología 27
03/07/2017Curso de Microbiología 28
Inclusiones de polisacáridos
• Son acumulaciones
de (14) glucanos,
con ramificaciones en
a(16),
principalmente
almidón o glucógeno.
03/07/2017Curso de Microbiología 29
Inclusiones de polisacáridos
• Estas inclusiones actúan, como sistemas de almacenamiento de carbono
osmóticamente inertes.
03/07/2017Curso de Microbiología 30
Inclusiones de hidrocarburos
• Son acúmulos de reserva (con envuelta proteínica) de los
hidrocarburos que determinadas bacterias (especialmente
Actinomicetos y relacionados) usan como fuente de C.
03/07/2017Curso de Microbiología 31
Inclusiones citoplasmáticas
• Muchas cianobacterias acumulan grandes
gránulos de cianoficina son acúmulos de
un copolímero de arginina y ácido
aspártico.
• Gránulos de polifosfatos
• Glóbulos de azufre
• Inclusiones de sales minerales
• Ficobilisomas, que sirven como “antenas”
para la captación de luz en la fotosíntesis
de las cianobacterias.
03/07/2017Curso de Microbiología 32
Orgánulos procarióticos citoplásmicos
• Carboxisomas
• vacuolas de gas
• Clorosomas
• Magnetosomas.
03/07/2017Curso de Microbiología 33
Orgánulos procarióticos citoplásmicos
• Carboxisomas, estructuras presentes en Cianobacterias, ciertas
bacterias purpúreas y quimioautotrofas (nitrificantes, Thiobacillus), de
apariencia poliédrica que acumulan la enzima Ribulosa-bifosfato-
carboxilasa (RuBisCo, la carboxidismutasa, el enzima clave en el ciclo
de Calvin de asimilación de CO2).
• Vacuolas de gas, impermeable al agua, pero permeable a los gases,
por lo que la composición y concentración del gas dentro de la vesícula
depende de las que existan en el medio. Conforme se sintetizan y
ensamblan las vesículas, el agua va siendo eliminada del interior. Su
función es mantener un grado de flotabilidad óptimo en los hábitats
acuáticos a las bacterias
03/07/2017Curso de Microbiología 34
Orgánulos procarióticos
citoplásmicos
• Clorosomas, son vesículas situadas por debajo de la
membrana citoplasmática, que contienen los pigmentos antena
de las bacterias fotosintéticas verdes.
• Magnetosomas, Son orgánulos sensores del campo magnético
terrestre, que aparecen en ciertas bacterias acuáticas flageladas
microaerófilas o anaerobias (p. ej., en Aquaspirillum
magnetotacticum). Consisten en cristales homogéneos de
magnetita (Fe3O4), de formas cubo-octaédricas o de prisma
hexagonal delimitados por una envuelta proteínica.
03/07/2017Curso de Microbiología 35
MEMBRANA PLASMÁTICA
• Composición química
La membrana
citoplasmática bacteriana
es la estructura de tipo
bicapa lipo-protéica que
delimita al protoplasto.
Su proporción proteínas:
lípidos es superior a la de
las membranas celulares
eucarióticas, llegando a
alcanzar valores relativos
de 80:20.
03/07/2017Curso de Microbiología 36
Estructura
• Consiste en una bicapa lipídica, con los grupos polares
(hidrófilos) hacia afuera, y las cadenas hidrofóbicas de ácidos
grasos (o, en el caso de Archeobacterias, de alcoholes) hacia
adentro, ajustándose al modelo de mosaico fluido de Singer y
Nickolson. Inmersas en esta bicapa se encuentran las
abundantes proteínas, que pueden moverse lateralmente en el
mosaico de moléculas de lípidos, igualmente dotados de una
rápida movilidad.
03/07/2017Curso de Microbiología 37
03/07/2017Curso de Microbiología 38
MODELO DE MOSAICO FLUIDO
Estructura
• La membrana citoplasmática es asimétrica (aunque no tanto como
la membrana externa de Gram-negativas). Esto se traduce en el
hecho de que muchos de los procesos que tienen lugar en la
membrana sean vectoriales (tengan una dirección determinada).
• Asociados a las proteínas o a los lípidos existen cadenas de
hidratos de carbono que cumplen funciones de reconocimiento, y
receptoras, el Clucocálix.
03/07/2017Curso de Microbiología 39
Receptores de membrana
CARACTERÍSTICAS DE COMPOSICIÓN
• Las membranas procariotas, a diferencia
de las de eucariotas, carecen de
esteroles (con las salvedades de
Cianobacterias, ciertas bacterias
metilotrofas; además, los micoplasmas
presentan colesterol, pero lo
“secuestran” de las células eucarióticas a
las que parasitan).
• Los hopanoides se sintetizan a partir del
mismo tipo de precursores que los
esteroles.
03/07/2017Curso de Microbiología 41
LÍPIDOS DE MEMBRANA
•Abundan los fosfolípidos del ácido
fosfatidico.
1.Fosfatidiletanolamina
2.Fosfatidilglicerol
3.Cardiolipina
En bacterias Gram-positivas, además
se encuentran glucolípidos y
glucofosfolípidos.
03/07/2017Curso de Microbiología 42
PROTEÍNAS DE MEMBRANA
• Constituyen la mayor parte de la membrana bacteriana (hasta el 80%
en peso seco). Existe una gran variedad de tipos de proteínas en una
misma bacteria (hasta 200), pero la composición y proporción concreta
varía según las condiciones de cultivo.
• Según su localización en la membrana, y su grado de unión con la
porción lipídica, se distingue entre:
03/07/2017Curso de Microbiología 43
Tipos de proteínas
Curso de Microbiología 03/07/2017 44
Proteínas integrales de membrana (endoproteínas)
Proteínas periféricas (epiproteínas), superficiales
ACIDOS GRASOS
1) saturados, como p. ej.:
a) palmítico (16:0)
b) mirístico (14:0)
c) De cadena ramificada (muy frecuentes en muchas bacterias Gram-
positivas)
2) monoinsaturados (sobre todo en Gram-negativas), como p. ej.:
a) palmitoleico (cis-9, 16:1)
b) cis-vaccénico (cis-11, 18:1)
03/07/2017Curso de Microbiología 45
Enlace éter
03/07/2017Curso de Microbiología 46
Membrana de Archaea
• Los lípidos de Archaea poseen enlaces éter entre el glicerol y las
cadenas laterales hidrofóbicas.
• Carecen de ácidos grasos, poseen unidades repetitivas de
isopreno (5 “C”).
• Cadenas laterales de fitano (4 unidades de isopreno)
03/07/2017Curso de Microbiología 47
ACIDOS GRASOS
• En Arqueas, en lugar de los habituales lípidos a base de ésteres de
ácidos grasos con glicerol, existen lípidos a base de éteres de
alcoholes de cadena larga con glicerol (p. ej., difitanil-glicerol-
diéteres). Los alcoholes suelen ser derivados poliisoprenoides.
Este tipo de membranas son más rígidas que las de eubacterias.
03/07/2017Curso de Microbiología 48
FUNCIONES DE LA MEMBRANA
CITOPLASMICA
• La membrana citoplasmática de los procariotas es una notable
estructura multifuncional (como uno podría esperar de la
constatación del gran número de tipos de proteínas), siendo el sitio
donde se producen muchos procesos metabólicos complejos, en
un grado desconocido en el resto del mundo vivo.
03/07/2017Curso de Microbiología 49
FUNCIONES
• Barrera osmótica (que mantiene constante el medio interno),
impidiendo el paso libre de sales y de compuestos orgánicos polares
• Delimita metabólicamente a la célula: establece la frontera entre el
protoplasto y el medio externo, impidiendo la pérdida de metabolitos y
macromoléculas del protoplasto.
• Permite selectivamente el paso de sustancias entre el exterior y el
interior (y viceversa).
•
03/07/2017Curso de Microbiología 50
FUNCIONES
• Interviene, en procesos bioenergéticos: fotosíntesis, respiración.
• Participa en la biosíntesis de componentes de membrana, de
pared y de cápsulas,
• Secreción de proteínas.
• Transporte de sustancias
03/07/2017Curso de Microbiología 51
TRANSPORTE DE NUTRIENTES
• Tradicionalmente se viene considerando tres métodos principales
de transporte de sustancias a través de la membrana:
1. transporte pasivo inespecífico (difusión simple);
2. transporte pasivo específico (difusión facilitada);
3. transporte activo.
03/07/2017Curso de Microbiología 52
TRANSPORTE A TRAVES DE LA
MEMBRANA
ESTRUCTURAS MEMBRANOSAS
INTRACITOPLASMÁTICAS
03/07/2017Curso de Microbiología 55
MESOSOMAS
• Son estructuras membranosas intra
citoplasmáticas que se observan en la
mayor parte de las bacterias,
constituidas por invaginaciones de la
membrana citoplasmática. Los
mesosomas son malformaciones
debidas a daños en la membrana
durante el proceso de fijación química, y
no están presentes en las células que no
han sido químicamente fijadas
03/07/2017Curso de Microbiología 56
OTRAS INVAGINACIONES
• En muchas bacterias quimiolitoautrofas, como las nitrificantes
(Azotobacter), existen invaginaciones de la membrana, denominadas
citomembranas, que permiten una mayor superficie para la
realización de sus actividades respiratorias. Sus formas y
disposiciones son igualmente muy variadas.
• Tilacoides, son sacos membranosos aplastados presentes en las
cianobacterias, que no están en continuidad con la membrana
citoplasmática; en su cara externa se disponen filas de ficobilisomas.
El conjunto de membrana tilacoidal + ficobilisomas es el responsable
de la fotosíntesis oxigénica en este grupo de procariotas.
03/07/2017Curso de Microbiología 57
TILACOIDES
• Son sacos membranosos aplastados presentes en las
cianobacterias, que no están en continuidad con la membrana
citoplasmática; en su cara externa se disponen filas de
ficobilisomas. El conjunto de membrana tilacoidal + ficobilisomas
es el responsable de la fotosíntesis oxigénica en este grupo de
procariotas.
03/07/2017Curso de Microbiología 58
Tilacoides
PARED CELULAR
03/07/2017Curso de Microbiología 60
INTRODUCCIÓN
• La mayor parte de los procariotas posee una pared celular (P.C.) rígida
rodeando al protoplasto. Las excepciones son los micoplasmas (dentro
del dominio Bacteria) y algunas arqueas, como Thermoplasma.
• Consisten en un esqueleto macromolecular rígido, llamado
peptidoglicano (mucopéptido o mureína), que en Gram-positivas se
encuentra inmerso en una matriz aniónica de polímeros azucarados; y
en Gram-negativas está rodeada por una membrana externa, e
inmersa en un espacio periplásmico.
03/07/2017Curso de Microbiología 61
Funciones
• Crecimiento
• División celular.
• Protección contra factores ambientales desfavorables.
• Determina la forma celular.
• Virulencia.
• Defensa contra la Lisosima y penicillina
03/07/2017Curso de Microbiología 62
Prueba de Gram
• Cristal violeta
• Yodo
• Formación de un complejo
coloreado
• Tratamiento con alcohol, las
células mantienen la
coloración o la pierden
• El complejo se forma en el
protoplasma, sin embargo
su retención depende de la
composición de la pared
celular.
03/07/2017Curso de Microbiología 63
Peptidoglicanos
Peptidoglicanos
COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA BÁSICAS
DEL PEPTIDOGLUCANO
• La cadena tetra peptídica:
Desde el grupo carboxilo de cada
ácido NAM, y mediante un enlace
amino, se encuentra unido el
tetrapéptido. Un tetrapéptido típico
de muchas bacterias es:
• L-alanina---D-glutámico---meso-
diaminopimélico---D-alanina
03/07/2017Curso de Microbiología 66
Pared celular gram positiva
03/07/2017Curso de Microbiología 67
Á. tecóico
Á. lipotecóico
Pared celular en Archaea
• Poseen paredes con pseudopeptidoglicano, formado por:
1. N-acetilglucosamina y
2. Ácido N- acetiltalosaminurónico.
3. Presenta enlaces glicosídicos -1,3 en vez de -1,4.
• Otras poseen polisacáridos, glicoproteínas o proteínas (methanosarcina).
• Polisacáridos de glucosa, ácido glucurónico, galactosamina y acetato.
• Proteínas para cristalinas con simetría hexagonal, capas S.
03/07/2017Curso de Microbiología 68
Pared celular de Archaea
03/07/2017Curso de Microbiología 69
Pared celular Gram -
• A más del peptidoglicano (10%), poseen una capa de lipopolisacáridos (bicapa
lipídica), que contiene polisacáridos y protínas (LPS), conocido también como
membrana externa.
• Es relativamente permeable debido a la presencia de las porinas, que actúan
como canales para sustancias hidrofílicas de bajo peso molecular.
• Periplasma, espacio ubicado entre la membrana plasmática y la superficie
interna de la membrana externa (12-15 nm).
• Tiene consistencia gelatinosa por su abundante contenido de proteínas.
03/07/2017Curso de Microbiología 70
Periplasma
• Espacio ubicado entre la membrana plasmática y la superficie
interna de la membrana externa (12-15 nm).
• Tiene consistencia gelatinosa por su abundante contenido de
proteínas.
03/07/2017Curso de Microbiología 71
Pared celular Gram negativa
03/07/2017Curso de Microbiología 72
Lipopolisacáridos
Lip. Prot Brown
PAREDES CELULARES
BACTERIANAS
Arriba: Bacteria Gram-positiva. 1-Membrana
citoplasmática, 2-peptidoglicano, 3-fosfolípido, 4-
proteínas, 5-ácido lipoteicóico.
Abajo: Bacteria Gram-negativa. 1-membrana
citoplasmática (membrana interna), 2-espacio
periplasmático, 3-membrana exterior, 4-fosofolípidos,
5-peptidoglicano, 6-lipoproteína, 7-proteína, 8-
lipopolisacáridos, 9-porinas.
COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA
03/07/2017Curso de Microbiología 75
Componente Gram (+) Gram (-)
Peptidoglicanos 50-80% 1-10%
Monómero NAG -ß(1-4) a NAM NAG -ß(1-4) a NAM
Di-aminoácido en 3´ Meso-DAP L-Ornitina
Puente de pentaglicina Si No
Repeticiones 10-100 10-60
Enlaces y tipo de tetrapéptido Más variado Menos variado
Ácido lipotecóico Si No
Ácido tecóico Si No
Lipoproteína de Brown No Si
Diferencias
Flagelos
• Muchas bacterias son móviles gracias a la disponibilidad de
flagelos.
Son apéndices largos y finos (20 nm.), vistos solo al microscopio
electrónico.
Según su disposición puede ser: Monotricos, amfitricos, lofotricos y
peritricos.
TIPOS DE FLAGELOS
03/07/2017Curso de Microbiología 78
Estructura
• Su forma es helicoidal. Consta de : Cuerpo basal, Gancho y
Filamento
• Filamento. Está compuesto de proteína llamada Flagelina ( en
Archaea existen varios tipos de flagelinas).
• En la base está dispuesto el gancho, que une al filamento con la
parte motora.
• El motor anclado en la membrana citoplasmática y en la pared
celular. Tiene un eje central y un sistema de anillos.
03/07/2017Curso de Microbiología 79
ESTRUCTURA DE LOS FLAGELOS
03/07/2017Curso de Microbiología 80
Movimiento flagelar
• Los flagelos presentan algunos tipos de movimiento (50 m/s):
1. Rotación (consumen 1000 protones)
2. Ondulación.
3. Impulsión.
4. Péndulo
Se estudian por el método de la gota aplastada o suspendida
03/07/2017Curso de Microbiología 81
Movimiento por deslizamiento
• Muchos procariotas a pesar de carecer de flagelos, se mueven
por deslizamiento (10m/s), este es el caso de células
filamentosas o bacilares. El proceso requiere contacto entre
células y una superficie sólida.
• Se produce por dos posibles mecanismos:
1. Secreción mucosa
2. Proteínas de la superficie.
03/07/2017Curso de Microbiología 82
Estructuras de la cubierta
• Fimbrias y pelos
• Capas S
• Cápsulas
• Capas mucosas
03/07/2017Curso de Microbiología 83
Fimbrias
• De estructura similar a los flagelos, pero no son móviles. Las
fimbrias son más cortas y mucho más numerosas, son de
naturaleza proteica.
• Favorecen la fijación bacteriana.
• Forman películas o biofilms sobre superficies líquidas.
03/07/2017Curso de Microbiología 84
Pelos o pili
• Son similares a las fimbrias, pero más largas, son pocas. Actúan
como receptores específicos, para algunos tipos de virus.
• Participan en el proceso de conjugación.
• Facilitan la fijación bacteriana.
03/07/2017Curso de Microbiología 85
Capas S
• Son capas de proteínas en posición bidimensional. Presentes en
casi todas las bacteria y universales en Archaea.
• Son una barrera permeable que permite el paso de sustancias de
bajo peso molecular.
• En bacterias patógenas, actúan como elementos de protección
frente a mecanismos de defensa del hospedador.
03/07/2017Curso de Microbiología 86
Cápsulas
• Muchos microorganismos secretan materiales viscosos,
compuestos de polisacáridos (glicocálix) y proteínas.
• Su composición varía en cada organismo y puede ser rígida o
flexible, fina o gruesa.
• Polisacáridos de glucosa, fructosa, galactosa, y ácido
glucurónico (Str. pneumoniae). Ácido poliglutámico (B. antracis)
03/07/2017Curso de Microbiología 87
Funciones
• Fijación bacteriana.
• Reconocimiento de puntos de ingreso al hospedador.
• Resistir la acción de células fagocitarias y del sistema inmunitario.
• Retención de agua
03/07/2017Curso de Microbiología 88
Estructura
03/07/2017Curso de Microbiología 89
ENDOPLASMA
ECTOPLASMA
CAPSULA
MUSILAGINOSA
Conclusiones
• Tras la aparente simplicidad de los microorganismos se encubre una
gran complejidad estructural y funcional.
• Pese a no contar con todas las estructuras celulares características de
las células eucariotas, la célula bacteriana cumple con igual eficiencia
todos los proceso bioquímicos, siendo la membrana plasmática la
responsable de la mayoría de ellos.
• El material genético bacteriano pese a su tamaño contiene toda la
información necesaria para el metabolismo y en especial para la
sobrevivencia bajo condiciones extremas (plásmidos).
Cuestionario
1. ¿Cuál es la composición química del citoplasma?
2. ¿Cuáles son las características del ADN bacteriano?
3. De todos los caracteres fenotípicos que controlan los plásmidos, ¿cuál de ellos es para usted el más
importante y por qué?
4. ¿Por qué a los plásmidos se les llama replicones?
5. ¿Cuáles son las diferencias estructurales entre los componentes ribosomales 30S y 50S?
6. ¿Qué son inclusiones citoplasmáticas y cuales son sus funciones?
7. ¿Por qué son importantes los Carboxisomas para las cianobacterias?
8. ¿Qué diferencia existe entre los clorosoma y Magnetosomas?
9. Enumere los tipos de inclusiones citoplasmáticas
10. ¿En qué se diferencia la membrana plasmática de las bacterias de las archeas?
Cuestionario
1. ¿Qué es el glucocálix y cuáles son sus funciones?
2. ¿En qué se diferencia la membrana plasmática procariota de la eucariota?
3. Diagrame la membrana celular y rotule sus partes.
4. De las funciones de la membrana plasmática, señale ¿cuál es para usted la más importante y por qué?
5. Elabore un mapa conceptual sobre los tipos de transporte de membrana.
6. Diferencias entre la estructura y composición de las paredes celulares de bacterias gram positivas y gram
negativas,(elaborar una tabla).
7. Enumere las funciones de la pared celular.
8. ¿Cuáles son las diferencias entre la estructura de la pared celular de Archea y la pared de las bacterias?
9. Tipos de flagelos y de movimiento flagelar
10. Diferencias entre fimbrias y pili
Cuestionario
1. Funciones y estructura de la cápsula.
2. ¿Cómo eluden las bacterias patógenas las defensas del
hospedador?
3. ¿Cuál es la composición de un peptidoglicano?
4. ¿En qué se diferencian los ácidos teicóicos de los
Peptidoglicanos?
Bibliografía
• Jeffrey C. Pommerville. (2011). Alcamo´s Fundamental of
Microbiology, Ninth edition. Jones and Bartlett Publishers. Cap IV.
• Kurt Konhauser. (2007). Introduction to Geomicrobiology. Blackwell
Publishing. Cap III.
• Trivedi P.C. (2010). Text Book of Microbiology. Aavishkar
Publishers. India.
• Anne Maczulak. (2011). Encyclopedia of Microbiology. Facts On
File, Inc.

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Curso de Microbiología cap iv

  • 1. CAPÍTULO IV ESTRUCTURA DE LA CÉLULA BACTERIANA 03/07/2017Curso de Microbiología 1
  • 2. OBJETIVOS • Identificar las características estructurales de las bacterias. • Determinar las funciones que cumplen sus estructuras. • Conocer el tipo de organización del material genético bacteriano. 03/07/2017Curso de Microbiología 2
  • 4. Anatomía de la célula bacteriana Componentes permanentes • Pared celular, • Membrana citoplasmática; • Citoplasma, • Ribosomas, • Mesosomas, • Genoforo (único cromosoma bacteriano) Componentes temporales. • Flagelos, • Pelos, • Esporas, • Inclusiones, • Plásmidos.
  • 5. Estructura general • cápsula o capa mucilaginosa • capa S paracristalina • vaina • botones de anclaje • pared celular • Protoplasto 03/07/2017Curso de Microbiología 5
  • 6. Protoplasto • membrana citoplásmica (que puede tener o no invaginaciones) • citoplasma, que incluye: • genóforo, constituido por 1. un cromosoma 2. en algunas especies, uno o varios plásmidos (elementos genéticos extracromosómicos) 03/07/2017Curso de Microbiología 6
  • 7. Protoplasto • ribosomas • inclusiones • orgánulos • Flagelos • Fimbrias (pelos) 03/07/2017Curso de Microbiología 7
  • 8. Citoplasma Es un sistema disperso formado por: 1. Coloides 2. Agua 3. Proteínas 4. Hidratos de carbono 5. Lípidos 03/07/2017Curso de Microbiología 8 COLOIDE. Es un sistema formado por dos o más fases, principalmente: una fluida(líquido), y otra dispersa en forma de partículas muy finas, de diámetro comprendido entre 10-9 y 10-5 m. La fase dispersa es la que se halla en menor proporción. La fase continua es líquida, pero pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación.
  • 9. Citoplasma bacteriano • El citoplasma bacteriano es la masa de materia viva delimitada por la membrana citoplásmica. En su interior se albergan: • cuerpos nucleares (nucleoide); • plásmidos (no en todas las cepas bacterianas); • ribosomas; • inclusiones (no en todas); • orgánulos (no en todas). 03/07/2017Curso de Microbiología 9
  • 10. Citoplasma bacteriano • Al igual que en los demás seres vivos, el citoplasma es un sistema coloidal cuya fase dispersante es agua junto con diversas sustancias en solución (citosol), y cuya fase dispersa está constituida por macromoléculas y conjuntos supramoleculares (partículas submicroscópicas). La viscosidad es mayor que la del citoplasma eucariótico, estando desprovisto de corrientes citoplásmicas. 03/07/2017Curso de Microbiología 10
  • 11. EL NUCLEOIDE • El ADN es el material genético de los procariotas, al igual que del resto de seres vivos (celulares). Está contenido en una región concreta del citoplasma, denominada nucleoide, no delimitado por membrana. El genoma es el conjunto de genes y secuencias de ADN de un organismo. En el caso de bacterias, el elemento obligatorio del genoma es el cromosoma, aunque es frecuente encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos. 03/07/2017Curso de Microbiología 11
  • 12. EL NUCLEOIDE 03/07/2017Curso de Microbiología 12
  • 13. COMPOSICIÓN QUÍMICA, ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA • Los cromosomas aislados muestran una composición de un 60% de ADN, 30% de ARN y 10% de proteínas. • En la mayor parte de las bacterias este ADN constituye un solo cromosoma circular, cerrado covalentemente (ADN c.). Existen algunas excepciones, en el sentido de que podemos encontrar cromosomas lineares o incluso más de un grupo de ligamiento (más de un cromosoma): 03/07/2017Curso de Microbiología 13
  • 14. COMPOSICIÓN QUÍMICA, ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA • En el género Borrelia el cromosoma es lineal con los extremos cerrados covalentemente (es decir, los extremos forman una especie de bucle de horquilla); • En bacterias del género Streptomyces también poseen un cromosoma lineal, pero sus extremos contienen secuencias cortas repetidas y están acomplejados con proteínas, lo que recuerda de algún modo los telómeros eucariotas; 03/07/2017Curso de Microbiología 14
  • 15. COMPOSICIÓN QUÍMICA, ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA Algunas bacterias parecen poseer dos o más cromosomas: • Rhodobacter sphaeroides, Vibrio, Leptospira y Brucella presentan dos cromosomas circulares • Sinorhizobium melitoti presenta tres cromosomas circulares • Distintas cepas de Burkholderia cepacia presentan entre 2 y 4 cromosomas • Agrobacterium tumefaciens cuenta con un cromosoma lineal y otro circular. 03/07/2017Curso de Microbiología 15
  • 16. COMPOSICIÓN QUÍMICA, ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA • Las bacterias son organismos haploides: poseen un solo cromosoma. Sin embargo, cuando las células bacterianas se encuentran en crecimiento activo, y debido al desfase de la división celular respecto de la replicación, cada individuo puede albergar varias copias de ese cromosoma. Por ejemplo, E. coli puede llegar a 10 copias. Azotobacter puede llegar hasta las 100 copias al final de la fase de crecimiento exponencial, la bacteria gigante Epulopiscium, que aumenta el número de copias a 10.000 veces!). 03/07/2017Curso de Microbiología 16
  • 17. Tamaño de los cromosomas • Una bacteria típica, como Escherichia coli posee un cromosoma con 4.700 pares de kilo bases (kb). Pero los rangos de tamaño oscilan entre las 700 kb de Mycoplasma genitalium (una bacteria carente de pared y parásita) y las más de 12 000 kb de ciertas bacterias capaces de diferenciación celular y fenómenos de multicelularidad (cianobacterias, actinomicetos). 03/07/2017Curso de Microbiología 17
  • 19. Plásmidos • Se definen como elementos genéticos extracromosómicos con capacidad de replicación autónoma (es decir, constituyen replicones propios). Todos los plásmidos bacterianos estudiados son de ADN de cadena doble. La inmensa mayoría son circulares cerrados covalentemente (c.c.c) y súper enrollados (aunque en Borrelia y algunos Actinomicetos existen plásmidos lineales). Algunos plásmidos poseen, además, la capacidad de integrarse reversiblemente en el cromosoma bacteriano: en esta situación se replican junto con el cromosoma (bajo el control de éste), y reciben el nombre de episomas. 03/07/2017Curso de Microbiología 19
  • 21. Fenotipos determinados por los plásmidos • Resistencia a antibióticos (plásmidos R) • Resistencia a metales pesados (por ejemplo, resistencia a mercurio). • Plásmidos de virulencia: producción de toxinas, factores de penetración en tejidos, adherencia a tejidos del hospedador, etc., en ciertas bacterias patógenas. • Producción de bacteriocinas (proteínas tóxicas producidas por bacterias que matan a otras de la misma especie). 03/07/2017Curso de Microbiología 21
  • 22. Fenotipos determinados por los plásmidos • Producción de sideróforos (quelatos para secuestrar iones Fe3+). • Utilización de determinados azúcares. • Utilización de hidrocarburos, incluyendo algunos cíclicos recalcitrantes (degradación de tolueno, xileno, alcanfor, etc.) en Pseudomonas. • Inducción de tumores en plantas (plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens) • Interacciones simbióticas y fijación de nitrógeno en ciertos Rhizobium. 03/07/2017Curso de Microbiología 22
  • 23. Ribosomas • El ribosoma está compuesto de un 63% de ARN (que a su vez representa más del 90% del ARN total de la bacteria) y un 37% de proteínas. • El ribosoma procariota posee un coeficiente de sedimentación de 70S, frente al de 80S de los ribosomas citoplásmicos eucarióticos. • Bajando la concentración de iones Mg++ cada ribosoma se disocia en sus dos subunidades: la pequeña (30S) y la grande (50S). In vivo esta disociación ocurre cada vez que se completa la síntesis de una molécula de proteína, para volver a unirse las dos subunidades al inicio del mensaje de otro gen. 03/07/2017Curso de Microbiología 23
  • 25. Subunidades (30S y 50S) • La pequeña, contiene un solo tipo de ARN: el ARNr 16. Posee 21 tipos de proteínas, denominadas S1, S2 ... S21. • La grande, posee dos tipos de ARN: ARNr 23S y ARNr 5S, y 34 tipos de proteínas diferentes, denominadas L1 ... L32. 03/07/2017Curso de Microbiología 25
  • 26. Inclusiones de reserva • Son acúmulos de sustancias orgánicas o inorgánicas, rodeadas o no de una envuelta limitante de naturaleza proteínica, que se originan dentro del citoplasma bajo determinadas condiciones de crecimiento. Constituyen reservas de fuentes de C o N (inclusiones orgánicas) y de P o S (inclusiones inorgánicas). 03/07/2017Curso de Microbiología 26
  • 29. Inclusiones de polisacáridos • Son acumulaciones de (14) glucanos, con ramificaciones en a(16), principalmente almidón o glucógeno. 03/07/2017Curso de Microbiología 29
  • 30. Inclusiones de polisacáridos • Estas inclusiones actúan, como sistemas de almacenamiento de carbono osmóticamente inertes. 03/07/2017Curso de Microbiología 30
  • 31. Inclusiones de hidrocarburos • Son acúmulos de reserva (con envuelta proteínica) de los hidrocarburos que determinadas bacterias (especialmente Actinomicetos y relacionados) usan como fuente de C. 03/07/2017Curso de Microbiología 31
  • 32. Inclusiones citoplasmáticas • Muchas cianobacterias acumulan grandes gránulos de cianoficina son acúmulos de un copolímero de arginina y ácido aspártico. • Gránulos de polifosfatos • Glóbulos de azufre • Inclusiones de sales minerales • Ficobilisomas, que sirven como “antenas” para la captación de luz en la fotosíntesis de las cianobacterias. 03/07/2017Curso de Microbiología 32
  • 33. Orgánulos procarióticos citoplásmicos • Carboxisomas • vacuolas de gas • Clorosomas • Magnetosomas. 03/07/2017Curso de Microbiología 33
  • 34. Orgánulos procarióticos citoplásmicos • Carboxisomas, estructuras presentes en Cianobacterias, ciertas bacterias purpúreas y quimioautotrofas (nitrificantes, Thiobacillus), de apariencia poliédrica que acumulan la enzima Ribulosa-bifosfato- carboxilasa (RuBisCo, la carboxidismutasa, el enzima clave en el ciclo de Calvin de asimilación de CO2). • Vacuolas de gas, impermeable al agua, pero permeable a los gases, por lo que la composición y concentración del gas dentro de la vesícula depende de las que existan en el medio. Conforme se sintetizan y ensamblan las vesículas, el agua va siendo eliminada del interior. Su función es mantener un grado de flotabilidad óptimo en los hábitats acuáticos a las bacterias 03/07/2017Curso de Microbiología 34
  • 35. Orgánulos procarióticos citoplásmicos • Clorosomas, son vesículas situadas por debajo de la membrana citoplasmática, que contienen los pigmentos antena de las bacterias fotosintéticas verdes. • Magnetosomas, Son orgánulos sensores del campo magnético terrestre, que aparecen en ciertas bacterias acuáticas flageladas microaerófilas o anaerobias (p. ej., en Aquaspirillum magnetotacticum). Consisten en cristales homogéneos de magnetita (Fe3O4), de formas cubo-octaédricas o de prisma hexagonal delimitados por una envuelta proteínica. 03/07/2017Curso de Microbiología 35
  • 36. MEMBRANA PLASMÁTICA • Composición química La membrana citoplasmática bacteriana es la estructura de tipo bicapa lipo-protéica que delimita al protoplasto. Su proporción proteínas: lípidos es superior a la de las membranas celulares eucarióticas, llegando a alcanzar valores relativos de 80:20. 03/07/2017Curso de Microbiología 36
  • 37. Estructura • Consiste en una bicapa lipídica, con los grupos polares (hidrófilos) hacia afuera, y las cadenas hidrofóbicas de ácidos grasos (o, en el caso de Archeobacterias, de alcoholes) hacia adentro, ajustándose al modelo de mosaico fluido de Singer y Nickolson. Inmersas en esta bicapa se encuentran las abundantes proteínas, que pueden moverse lateralmente en el mosaico de moléculas de lípidos, igualmente dotados de una rápida movilidad. 03/07/2017Curso de Microbiología 37
  • 38. 03/07/2017Curso de Microbiología 38 MODELO DE MOSAICO FLUIDO
  • 39. Estructura • La membrana citoplasmática es asimétrica (aunque no tanto como la membrana externa de Gram-negativas). Esto se traduce en el hecho de que muchos de los procesos que tienen lugar en la membrana sean vectoriales (tengan una dirección determinada). • Asociados a las proteínas o a los lípidos existen cadenas de hidratos de carbono que cumplen funciones de reconocimiento, y receptoras, el Clucocálix. 03/07/2017Curso de Microbiología 39
  • 41. CARACTERÍSTICAS DE COMPOSICIÓN • Las membranas procariotas, a diferencia de las de eucariotas, carecen de esteroles (con las salvedades de Cianobacterias, ciertas bacterias metilotrofas; además, los micoplasmas presentan colesterol, pero lo “secuestran” de las células eucarióticas a las que parasitan). • Los hopanoides se sintetizan a partir del mismo tipo de precursores que los esteroles. 03/07/2017Curso de Microbiología 41
  • 42. LÍPIDOS DE MEMBRANA •Abundan los fosfolípidos del ácido fosfatidico. 1.Fosfatidiletanolamina 2.Fosfatidilglicerol 3.Cardiolipina En bacterias Gram-positivas, además se encuentran glucolípidos y glucofosfolípidos. 03/07/2017Curso de Microbiología 42
  • 43. PROTEÍNAS DE MEMBRANA • Constituyen la mayor parte de la membrana bacteriana (hasta el 80% en peso seco). Existe una gran variedad de tipos de proteínas en una misma bacteria (hasta 200), pero la composición y proporción concreta varía según las condiciones de cultivo. • Según su localización en la membrana, y su grado de unión con la porción lipídica, se distingue entre: 03/07/2017Curso de Microbiología 43
  • 44. Tipos de proteínas Curso de Microbiología 03/07/2017 44 Proteínas integrales de membrana (endoproteínas) Proteínas periféricas (epiproteínas), superficiales
  • 45. ACIDOS GRASOS 1) saturados, como p. ej.: a) palmítico (16:0) b) mirístico (14:0) c) De cadena ramificada (muy frecuentes en muchas bacterias Gram- positivas) 2) monoinsaturados (sobre todo en Gram-negativas), como p. ej.: a) palmitoleico (cis-9, 16:1) b) cis-vaccénico (cis-11, 18:1) 03/07/2017Curso de Microbiología 45
  • 46. Enlace éter 03/07/2017Curso de Microbiología 46
  • 47. Membrana de Archaea • Los lípidos de Archaea poseen enlaces éter entre el glicerol y las cadenas laterales hidrofóbicas. • Carecen de ácidos grasos, poseen unidades repetitivas de isopreno (5 “C”). • Cadenas laterales de fitano (4 unidades de isopreno) 03/07/2017Curso de Microbiología 47
  • 48. ACIDOS GRASOS • En Arqueas, en lugar de los habituales lípidos a base de ésteres de ácidos grasos con glicerol, existen lípidos a base de éteres de alcoholes de cadena larga con glicerol (p. ej., difitanil-glicerol- diéteres). Los alcoholes suelen ser derivados poliisoprenoides. Este tipo de membranas son más rígidas que las de eubacterias. 03/07/2017Curso de Microbiología 48
  • 49. FUNCIONES DE LA MEMBRANA CITOPLASMICA • La membrana citoplasmática de los procariotas es una notable estructura multifuncional (como uno podría esperar de la constatación del gran número de tipos de proteínas), siendo el sitio donde se producen muchos procesos metabólicos complejos, en un grado desconocido en el resto del mundo vivo. 03/07/2017Curso de Microbiología 49
  • 50. FUNCIONES • Barrera osmótica (que mantiene constante el medio interno), impidiendo el paso libre de sales y de compuestos orgánicos polares • Delimita metabólicamente a la célula: establece la frontera entre el protoplasto y el medio externo, impidiendo la pérdida de metabolitos y macromoléculas del protoplasto. • Permite selectivamente el paso de sustancias entre el exterior y el interior (y viceversa). • 03/07/2017Curso de Microbiología 50
  • 51. FUNCIONES • Interviene, en procesos bioenergéticos: fotosíntesis, respiración. • Participa en la biosíntesis de componentes de membrana, de pared y de cápsulas, • Secreción de proteínas. • Transporte de sustancias 03/07/2017Curso de Microbiología 51
  • 52. TRANSPORTE DE NUTRIENTES • Tradicionalmente se viene considerando tres métodos principales de transporte de sustancias a través de la membrana: 1. transporte pasivo inespecífico (difusión simple); 2. transporte pasivo específico (difusión facilitada); 3. transporte activo. 03/07/2017Curso de Microbiología 52
  • 53. TRANSPORTE A TRAVES DE LA MEMBRANA
  • 54.
  • 56. MESOSOMAS • Son estructuras membranosas intra citoplasmáticas que se observan en la mayor parte de las bacterias, constituidas por invaginaciones de la membrana citoplasmática. Los mesosomas son malformaciones debidas a daños en la membrana durante el proceso de fijación química, y no están presentes en las células que no han sido químicamente fijadas 03/07/2017Curso de Microbiología 56
  • 57. OTRAS INVAGINACIONES • En muchas bacterias quimiolitoautrofas, como las nitrificantes (Azotobacter), existen invaginaciones de la membrana, denominadas citomembranas, que permiten una mayor superficie para la realización de sus actividades respiratorias. Sus formas y disposiciones son igualmente muy variadas. • Tilacoides, son sacos membranosos aplastados presentes en las cianobacterias, que no están en continuidad con la membrana citoplasmática; en su cara externa se disponen filas de ficobilisomas. El conjunto de membrana tilacoidal + ficobilisomas es el responsable de la fotosíntesis oxigénica en este grupo de procariotas. 03/07/2017Curso de Microbiología 57
  • 58. TILACOIDES • Son sacos membranosos aplastados presentes en las cianobacterias, que no están en continuidad con la membrana citoplasmática; en su cara externa se disponen filas de ficobilisomas. El conjunto de membrana tilacoidal + ficobilisomas es el responsable de la fotosíntesis oxigénica en este grupo de procariotas. 03/07/2017Curso de Microbiología 58
  • 60. PARED CELULAR 03/07/2017Curso de Microbiología 60
  • 61. INTRODUCCIÓN • La mayor parte de los procariotas posee una pared celular (P.C.) rígida rodeando al protoplasto. Las excepciones son los micoplasmas (dentro del dominio Bacteria) y algunas arqueas, como Thermoplasma. • Consisten en un esqueleto macromolecular rígido, llamado peptidoglicano (mucopéptido o mureína), que en Gram-positivas se encuentra inmerso en una matriz aniónica de polímeros azucarados; y en Gram-negativas está rodeada por una membrana externa, e inmersa en un espacio periplásmico. 03/07/2017Curso de Microbiología 61
  • 62. Funciones • Crecimiento • División celular. • Protección contra factores ambientales desfavorables. • Determina la forma celular. • Virulencia. • Defensa contra la Lisosima y penicillina 03/07/2017Curso de Microbiología 62
  • 63. Prueba de Gram • Cristal violeta • Yodo • Formación de un complejo coloreado • Tratamiento con alcohol, las células mantienen la coloración o la pierden • El complejo se forma en el protoplasma, sin embargo su retención depende de la composición de la pared celular. 03/07/2017Curso de Microbiología 63
  • 66. COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA BÁSICAS DEL PEPTIDOGLUCANO • La cadena tetra peptídica: Desde el grupo carboxilo de cada ácido NAM, y mediante un enlace amino, se encuentra unido el tetrapéptido. Un tetrapéptido típico de muchas bacterias es: • L-alanina---D-glutámico---meso- diaminopimélico---D-alanina 03/07/2017Curso de Microbiología 66
  • 67. Pared celular gram positiva 03/07/2017Curso de Microbiología 67 Á. tecóico Á. lipotecóico
  • 68. Pared celular en Archaea • Poseen paredes con pseudopeptidoglicano, formado por: 1. N-acetilglucosamina y 2. Ácido N- acetiltalosaminurónico. 3. Presenta enlaces glicosídicos -1,3 en vez de -1,4. • Otras poseen polisacáridos, glicoproteínas o proteínas (methanosarcina). • Polisacáridos de glucosa, ácido glucurónico, galactosamina y acetato. • Proteínas para cristalinas con simetría hexagonal, capas S. 03/07/2017Curso de Microbiología 68
  • 69. Pared celular de Archaea 03/07/2017Curso de Microbiología 69
  • 70. Pared celular Gram - • A más del peptidoglicano (10%), poseen una capa de lipopolisacáridos (bicapa lipídica), que contiene polisacáridos y protínas (LPS), conocido también como membrana externa. • Es relativamente permeable debido a la presencia de las porinas, que actúan como canales para sustancias hidrofílicas de bajo peso molecular. • Periplasma, espacio ubicado entre la membrana plasmática y la superficie interna de la membrana externa (12-15 nm). • Tiene consistencia gelatinosa por su abundante contenido de proteínas. 03/07/2017Curso de Microbiología 70
  • 71. Periplasma • Espacio ubicado entre la membrana plasmática y la superficie interna de la membrana externa (12-15 nm). • Tiene consistencia gelatinosa por su abundante contenido de proteínas. 03/07/2017Curso de Microbiología 71
  • 72. Pared celular Gram negativa 03/07/2017Curso de Microbiología 72 Lipopolisacáridos Lip. Prot Brown
  • 73. PAREDES CELULARES BACTERIANAS Arriba: Bacteria Gram-positiva. 1-Membrana citoplasmática, 2-peptidoglicano, 3-fosfolípido, 4- proteínas, 5-ácido lipoteicóico. Abajo: Bacteria Gram-negativa. 1-membrana citoplasmática (membrana interna), 2-espacio periplasmático, 3-membrana exterior, 4-fosofolípidos, 5-peptidoglicano, 6-lipoproteína, 7-proteína, 8- lipopolisacáridos, 9-porinas.
  • 74.
  • 75. COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA 03/07/2017Curso de Microbiología 75 Componente Gram (+) Gram (-) Peptidoglicanos 50-80% 1-10% Monómero NAG -ß(1-4) a NAM NAG -ß(1-4) a NAM Di-aminoácido en 3´ Meso-DAP L-Ornitina Puente de pentaglicina Si No Repeticiones 10-100 10-60 Enlaces y tipo de tetrapéptido Más variado Menos variado Ácido lipotecóico Si No Ácido tecóico Si No Lipoproteína de Brown No Si
  • 77. Flagelos • Muchas bacterias son móviles gracias a la disponibilidad de flagelos. Son apéndices largos y finos (20 nm.), vistos solo al microscopio electrónico. Según su disposición puede ser: Monotricos, amfitricos, lofotricos y peritricos.
  • 78. TIPOS DE FLAGELOS 03/07/2017Curso de Microbiología 78
  • 79. Estructura • Su forma es helicoidal. Consta de : Cuerpo basal, Gancho y Filamento • Filamento. Está compuesto de proteína llamada Flagelina ( en Archaea existen varios tipos de flagelinas). • En la base está dispuesto el gancho, que une al filamento con la parte motora. • El motor anclado en la membrana citoplasmática y en la pared celular. Tiene un eje central y un sistema de anillos. 03/07/2017Curso de Microbiología 79
  • 80. ESTRUCTURA DE LOS FLAGELOS 03/07/2017Curso de Microbiología 80
  • 81. Movimiento flagelar • Los flagelos presentan algunos tipos de movimiento (50 m/s): 1. Rotación (consumen 1000 protones) 2. Ondulación. 3. Impulsión. 4. Péndulo Se estudian por el método de la gota aplastada o suspendida 03/07/2017Curso de Microbiología 81
  • 82. Movimiento por deslizamiento • Muchos procariotas a pesar de carecer de flagelos, se mueven por deslizamiento (10m/s), este es el caso de células filamentosas o bacilares. El proceso requiere contacto entre células y una superficie sólida. • Se produce por dos posibles mecanismos: 1. Secreción mucosa 2. Proteínas de la superficie. 03/07/2017Curso de Microbiología 82
  • 83. Estructuras de la cubierta • Fimbrias y pelos • Capas S • Cápsulas • Capas mucosas 03/07/2017Curso de Microbiología 83
  • 84. Fimbrias • De estructura similar a los flagelos, pero no son móviles. Las fimbrias son más cortas y mucho más numerosas, son de naturaleza proteica. • Favorecen la fijación bacteriana. • Forman películas o biofilms sobre superficies líquidas. 03/07/2017Curso de Microbiología 84
  • 85. Pelos o pili • Son similares a las fimbrias, pero más largas, son pocas. Actúan como receptores específicos, para algunos tipos de virus. • Participan en el proceso de conjugación. • Facilitan la fijación bacteriana. 03/07/2017Curso de Microbiología 85
  • 86. Capas S • Son capas de proteínas en posición bidimensional. Presentes en casi todas las bacteria y universales en Archaea. • Son una barrera permeable que permite el paso de sustancias de bajo peso molecular. • En bacterias patógenas, actúan como elementos de protección frente a mecanismos de defensa del hospedador. 03/07/2017Curso de Microbiología 86
  • 87. Cápsulas • Muchos microorganismos secretan materiales viscosos, compuestos de polisacáridos (glicocálix) y proteínas. • Su composición varía en cada organismo y puede ser rígida o flexible, fina o gruesa. • Polisacáridos de glucosa, fructosa, galactosa, y ácido glucurónico (Str. pneumoniae). Ácido poliglutámico (B. antracis) 03/07/2017Curso de Microbiología 87
  • 88. Funciones • Fijación bacteriana. • Reconocimiento de puntos de ingreso al hospedador. • Resistir la acción de células fagocitarias y del sistema inmunitario. • Retención de agua 03/07/2017Curso de Microbiología 88
  • 89. Estructura 03/07/2017Curso de Microbiología 89 ENDOPLASMA ECTOPLASMA CAPSULA MUSILAGINOSA
  • 90. Conclusiones • Tras la aparente simplicidad de los microorganismos se encubre una gran complejidad estructural y funcional. • Pese a no contar con todas las estructuras celulares características de las células eucariotas, la célula bacteriana cumple con igual eficiencia todos los proceso bioquímicos, siendo la membrana plasmática la responsable de la mayoría de ellos. • El material genético bacteriano pese a su tamaño contiene toda la información necesaria para el metabolismo y en especial para la sobrevivencia bajo condiciones extremas (plásmidos).
  • 91. Cuestionario 1. ¿Cuál es la composición química del citoplasma? 2. ¿Cuáles son las características del ADN bacteriano? 3. De todos los caracteres fenotípicos que controlan los plásmidos, ¿cuál de ellos es para usted el más importante y por qué? 4. ¿Por qué a los plásmidos se les llama replicones? 5. ¿Cuáles son las diferencias estructurales entre los componentes ribosomales 30S y 50S? 6. ¿Qué son inclusiones citoplasmáticas y cuales son sus funciones? 7. ¿Por qué son importantes los Carboxisomas para las cianobacterias? 8. ¿Qué diferencia existe entre los clorosoma y Magnetosomas? 9. Enumere los tipos de inclusiones citoplasmáticas 10. ¿En qué se diferencia la membrana plasmática de las bacterias de las archeas?
  • 92. Cuestionario 1. ¿Qué es el glucocálix y cuáles son sus funciones? 2. ¿En qué se diferencia la membrana plasmática procariota de la eucariota? 3. Diagrame la membrana celular y rotule sus partes. 4. De las funciones de la membrana plasmática, señale ¿cuál es para usted la más importante y por qué? 5. Elabore un mapa conceptual sobre los tipos de transporte de membrana. 6. Diferencias entre la estructura y composición de las paredes celulares de bacterias gram positivas y gram negativas,(elaborar una tabla). 7. Enumere las funciones de la pared celular. 8. ¿Cuáles son las diferencias entre la estructura de la pared celular de Archea y la pared de las bacterias? 9. Tipos de flagelos y de movimiento flagelar 10. Diferencias entre fimbrias y pili
  • 93. Cuestionario 1. Funciones y estructura de la cápsula. 2. ¿Cómo eluden las bacterias patógenas las defensas del hospedador? 3. ¿Cuál es la composición de un peptidoglicano? 4. ¿En qué se diferencian los ácidos teicóicos de los Peptidoglicanos?
  • 94. Bibliografía • Jeffrey C. Pommerville. (2011). Alcamo´s Fundamental of Microbiology, Ninth edition. Jones and Bartlett Publishers. Cap IV. • Kurt Konhauser. (2007). Introduction to Geomicrobiology. Blackwell Publishing. Cap III. • Trivedi P.C. (2010). Text Book of Microbiology. Aavishkar Publishers. India. • Anne Maczulak. (2011). Encyclopedia of Microbiology. Facts On File, Inc.