Antonio Campo Buetas
Biología 2º Bachillerato
Escherichia coliModelo de Bacteria Gram -
Crecimiento bacteriano
exponencial
• Clasificación en dos dominios: Bacterias y Arqueobacterias
• Características diferenciales de la célula procariota.
• Morfología de la célula procariota.
• Pared
• Gram +
• Gram –
• Cápsula
• Membrana plasmática.
• Citoplasma
• Ribosomas
• Inclusiones
• Organización del material genético en bacterias.
• Cromosoma bacteriano
• Plásmidos.
• Flagelos, fimbrias y pili sexual.
• División bacteriana.
• Bipartición.
• Fenómenos parasexuales: Conjugación, transformación y transducción
• Crecimiento bacteriano
• Formación de esporas de resistencia
• Nutrición y Energía.
• Microbiota. Bacterias patógenas. Resistencias a antibióticos.
• Clasificación de las bacterias
Las células de organización procariota pertenecen a
dos dominios dentro de la clasificación actual de los
seres vivos en tres dominios:
• Dominio Bacterias. Reino Bacterias
• Dominio Arqueas. Reino Arqueobacterias
Se caracterizan, fundamentalmente, por carecer de una
membrana nuclear y de orgánulos en su citoplasma.
Las bacterias presentan una pared típica de mureína y los lípidos de membrana son glicerofosfolípidos en los que los
ácidos grasos se unen a la glicerina por enlaces éster. Por el contrario, las arqueobacterias presentan una pared proteica
y los lípidos de membrana están formados por cadenas isoprénicas ramificadas unidas a la glicerina por enlaces éter.
• Las bacterias presentan una pared
típica de mureína y los lípidos de
membrana son glicerofosfolípidos en
los que los ácidos grasos se unen a la
glicerina por enlaces éster.
• Por el contrario, las arqueobacterias
presentan una pared proteica y los
lípidos de membrana están formados
por cadenas isoprénicas ramificadas
unidas a la glicerina por enlaces éter.
En las arqueobacterias, los lípidos de membrana están formados por cadenas isoprénicas ramificadas unidas a la glicerina
por enlaces éter. También podemos encontrar tetraéteres que forman una monocapa con dos regiones polares hacia el
exterior y una región apolar hacia el interior. Estos enlaces éter explican la mayor estabilidad de las membranas a
temperaturas elevadas en aquellas arqueobacterias termófilas.
Methanothermus sociabilis
Halobacterium
Célula procariota (bacteria gramnegativa)
• La pared celular es una estructura rígida adosada a la cara
externa de la membrana plasmática, que rodea totalmente
a la célula procariota.
• La pared celular de la mayor parte de las bacterias está
constituida principalmente por mureína o peptidoglucano.
• El peptidoglucano o mureína está formado por cadenas
polisacáridas de dos glúcidos: N-acetilglucosamina (NAG) y
ácido N-acetilmurámico (NAM), unidos por enlaces O-
glucosídicos. El NAM presenta una corta cadena de cuatro
aminoácidos.
• Se pueden establecer enlaces peptídicos intercatenarios
entre los tetrapéptidos de cadenas polisacáridas
adyacentes.
• Existen dos modelos de pared celular que nos permiten
clasificar a las bacterias en grampositivas y gramnegativas.
La pared celular cumple las siguientes funciones:
• Mantiene la forma de la célula, le da rigidez y previene la lisis
osmótica.
• Protege a la célula de posibles ataques de patógenos o sustancias
que podrían destruirla.
• Regula el intercambio de sustancias con el exterior, principalmente
la membrana externa de las paredes gramnegativas.
• La pared celular es una estructura rígida adosada a la cara
externa de la membrana plasmática, que rodea totalmente
a la célula procariota.
• La pared celular de la mayor parte de las bacterias está
constituida principalmente por mureína o peptidoglucano.
• El peptidoglucano o mureína está formado por cadenas
polisacáridas de dos glúcidos: N-acetilglucosamina (NAG) y
ácido N-acetilmurámico (NAM), unidos por enlaces O-
glucosídicos. El NAM presenta una corta cadena de cuatro
aminoácidos.
• Se pueden establecer enlaces peptídicos intercatenarios
entre los tetrapéptidos de cadenas polisacáridas
adyacentes.
• Existen dos modelos de pared celular que nos permiten
clasificar a las bacterias en grampositivas y gramnegativas.
La pared celular cumple las siguientes funciones:
• Mantiene la forma de la célula, le da rigidez y previene la lisis osmótica.
• Protege a la célula de posibles ataques de patógenos o sustancias que podrían destruirla.
• Pose componentes con capacidad antigénica que le sirven para unirse específicamente a las células que parasita.
• Regula el intercambio de sustancias con el exterior, principalmente la membrana externa de las paredes
gramnegativas.
La tinción de Gram nos permite distinguir dos grandes grupos de bacterias en
cuanto a la estructura de la pared bacteriana que presentan: Gram + y Gram -
La tinción de Gram nos permite distinguir dos grandes grupos de bacterias en
cuanto a la estructura de la pared bacteriana que presentan: Gram + y Gram -
• La pared de las
grampositivas es mucho
más gruesa que la de las
gramnegativas y esta
compuesta de una
gruesa capa de
peptidoglucano en la que
hay ácidos teicoicos y
lipoteicoicos incluidos
que sobresalen al
exterior.
• La pared celular de las
grannegativas esta
compuesta de una fina
capa de peptidoglucano
incluida en el espacio
periplásmico y rodeada
por una membrana
externa que incluye
lipopolisacáridos y
proteínas denominadas
porinas.
Muchas bacterias presentan cubiertas mucosas
en el exterior de la pared celular, compuestas
por polisacáridos y, en ocasiones, por
proteínas, que se denominan cápsulas.
La cápsula desempeña las siguientes
funciones:
• Protegen a la bacteria de factores tóxicos y
de la fagocitosis, lo cual incrementa el poder
invasor y la virulencia de las bacterias
patógenas.
• Evitan la desecación, ya que retienen gran
cantidad de agua.
• Permiten la adherencia a superficies y a
otras células. Esta capacidad es importante
en las bacterias de vida libre que viven sobre
distintas superficies y también en las
patógenas, ya que permiten la fijación del
microorganismo a las células del tejido
hospedador. Algunas bacterias de la cavidad
oral con cápsula se adhieren al esmalte
dental y, junto con restos de alimentos,
forman la placa dental o sarro.
Muchas bacterias presentan cubiertas mucosas
en el exterior de la pared celular, compuestas
por polisacáridos y, en ocasiones, por
proteínas, que se denominan cápsulas.
La cápsula desempeña las siguientes
funciones:
• Protegen a la bacteria de factores tóxicos y
de la fagocitosis, lo cual incrementa el poder
invasor y la virulencia de las bacterias
patógenas.
• Evitan la desecación, ya que retienen gran
cantidad de agua.
• Permiten la adherencia a superficies y a
otras células. Esta capacidad es importante
en las bacterias de vida libre que viven
sobre distintas superficies y también en las
patógenas, ya que permiten la fijación del
microorganismo a las células del tejido
hospedador. Algunas bacterias de la cavidad
oral con cápsula se adhieren al esmalte
dental y, junto con restos de alimentos,
forman la placa dental o sarro.
Muchas bacterias presentan cubiertas mucosas en el exterior de la
pared celular, compuestas por polisacáridos y, en ocasiones, por
proteínas, que se denominan cápsulas.
La cápsula desempeña las siguientes funciones:
• Protegen a la bacteria de factores tóxicos y de la fagocitosis, lo
cual incrementa el poder invasor y la virulencia de las bacterias
patógenas.
• Evitan la desecación, ya que retienen gran cantidad de agua.
• Permiten la adherencia a superficies y a otras células. Esta
capacidad es importante en las bacterias de vida libre que viven
sobre distintas superficies y también en las patógenas, ya que
permiten la fijación del microorganismo a las células del tejido
hospedador. Algunas bacterias de la cavidad oral con cápsula se
adhieren al esmalte dental y, junto con restos de alimentos,
forman la placa dental o sarro.
EPS: Sustancias Poliméricas Extracelulares: (polisacáridos, aminoácidos y
otros componentes)
Está formada por una doble capa de
fosfolípidos, con proteínas incluidas. No
contiene colesterol. Los fosfolípidos presentan
las regiones hidrófilas polares hacia el exterior
de la membrana y hacia el citoplasma. Las
cadenas hidrófobas apolares de ácidos grasos
se dirigen hacia el centro de la bicapa.
La membrana plasmática desempeña las
siguientes funciones importantes:
• Regula el intercambio de sustancias
entre el interior y el exterior celular.
• Controla la síntesis y el crecimiento de
la membrana y de la pared celular.
• Contribuye a la distribución de los
cromosomas bacterianos hacia las
células hijas durante la reproducción.
• Participa en el transporte electrónico
de la cadena respiratoria y la síntesis
de ATP.
• Contiene la bacterioclorofila en las
bacterias fotosintéticas.
• Algunas bacterias aerobias presentan
invaginaciones de la membrana plasmática
que nos recuerdan a las crestas de las
mitocondrias. En ellas se encuentran
enzimas que participan en el transporte
electrónico de la cadena respiratoria y la
síntesis de ATP.
• Algunas bacterias fotosintéticas, como las
cianobacterias, tienen un sistema de
membranas internas denominadas
tilacoides que nos recuerdan a la estructura
interna de los cloroplastos. En estas
membranas encontramos los pigmentos
fotosintéticos, como la bacterioclorofila, y
las cadenas respiratorias que permiten la
fase luminosa de la fotosíntesis.
EL CITOPLASMA.
Está formado por una matriz gelatinosa, el
protoplasma, con un alto contenido en
agua y de aspecto granuloso, que contiene
proteínas y enzimas y alberga a los
ribosomas, así como diversas inclusiones
de variada naturaleza y función según los
diferentes tipos celulares.
Los ribosomas 70S, son los responsables
de la síntesis de proteínas. En las
bacterias, la transcripción y la síntesis de
proteínas se llevan a cabo totalmente en el
citoplasma.
Inclusiones citoplasmáticas:
• Gránulos de reserva de: glucógeno y
polihidroxibutirato (carbono), polifosfato
(fosfato), de azufre.
• Vesículas de gas para la flotación en
organismos acuáticos.
• Carboxisomas con la rubisco, la
principal enzima fijadora del CO2 en la
fase oscura de la fotosíntesis.
• Clorosomas (pigmentos verdes
fotosintéticos) en las bacterias
fotosintéticas.
70S
EL CITOPLASMA.
Está formado por una matriz gelatinosa, el protoplasma,
con un alto contenido en agua y de aspecto granuloso,
que contiene proteínas y enzimas y alberga a los
ribosomas, así como diversas inclusiones de variada
naturaleza y función según los diferentes tipos celulares.
Los ribosomas 70S, son los responsables de la síntesis
de proteínas. En las bacterias, la transcripción y la
síntesis de proteínas se llevan a cabo totalmente en el
citoplasma.
Inclusiones citoplasmáticas:
• Gránulos de reserva de: glucógeno y
polihidroxibutirato (carbono), polifosfato (fosfato),
de azufre.
• Vesículas de gas para la flotación en organismos
acuáticos.
• Carboxisomas con la rubisco, la principal enzima
fijadora del CO2 en la fase oscura de la fotosíntesis.
• Clorosomas (pigmentos verdes fotosintéticos) en las
bacterias fotosintéticas.
Vesículas de gas Membranas fotosintéticas
EL MATERIAL GENÉTICO EN BACTERIAS
En la célula procariota, el material genético se encuentra en
el nucleoide, zona situada en la región central del
citoplasma, de aspecto fibrilar, que no está protegida por una
membrana nuclear. Esta formado por el cromosoma
bacteriano de ADN bicatenario, circular, fuertemente
plegado, y débilmente asociado a un grupo de proteínas. El
superenrollamiento del ADN circular en una superhélice tiene
una gran importancia, ya que el tamaño de la molécula de
ADN es mucho mayor que el de la célula bacteriana (en
Escherichia coli unas mil veces).
Por otra parte, muchas bacterias presentan pequeñas
moléculas de ADN bicatenario circular, independientes del
cromosoma, y capaces de duplicarse, denominados
plásmidos. Los plásmidos pueden contener desde dos hasta
treinta genes y confieren importantes propiedades a las
células que los albergan:
• Plásmido para constituir el pili sexual en la
conjugación bacteriana.
• Plásmidos para degradar sustancias difícilmente
biodegradables.
• Plásmidos para resistencias a los antibióticos que
pueden ser transferidos de una cepa a otra.
Cromosoma bacteriano y plásmidos (flechas)
Pili sexual y conjugación bacterina
TEMA 8. LA CÉLULA PROCARIOTA: EL CROMOSOMA EN PROCARIOTAS.
La estructura en doble hélice sufre nuevos
plegamientos que dan lugar a un tercer nivel
estructural. El modo en que se almacena el
ADN en un volumen reducido es diferente en
los procariotas y en los eucariotas. Las
bacterias contienen una sola molécula de ADN
bicatenaria (doble hélice), desnuda (no
asociada a proteínas) que tiene forma circular.
Para conseguir el máximo empaquetamiento se
pliega como una superhélice. En las
mitocondrias y cloroplastos de las células
eucariotas, el ADN presenta la misma
estructura. En los virus el ADN puede ser de
cadena doble o sencilla y al mismo tiempo la
cadena puede estar abierta o cerrada sobre sí
misma. El ADN está rodeado por la cápsida
proteica.
Organización del
cromosoma bacteriano
EL FLAGELO BACTERIANO
• Los flagelos constituyen los apéndices de locomoción, cuyo número y localización varía de unas bacterias a otras, y se
utilizan a menudo como un criterio de clasificación:
• Flagelación monotrica (un único flagelo).
• Flagelación politrica (varios flagelos). Para estos últimos se habla de disposición polar, subpolar o peritrica (se
disponen por toda la superficie de la célula).
• La estructura del flagelo está formada por:
• Un filamento rígido y curvado constituido por flagelina.
• Un codo o gancho que une el filamento a la superficie de la célula.
• Una estructura basal compuesta por una serie de anillos.
EL FLAGELO BACTERIANO
• Los flagelos constituyen los
apéndices de locomoción, cuyo
número y localización varía de unas
bacterias a otras, y se utilizan a
menudo como un criterio de
clasificación:
• Flagelación monotrica (un
único flagelo).
• Flagelación politrica (varios
flagelos). Para estos últimos se
habla de disposición polar
(lofotrica, anfitrica) o peritrica
(se disponen por toda la
superficie de la célula).
• La estructura del flagelo está
formada por:
• Un filamento rígido y curvado
constituido por flagelina.
• Un codo o gancho que une el
filamento a la superficie de la
célula.
• Una estructura basal
compuesta por una serie de
anillos.
EL FLAGELO BACTERIANO
• Los flagelos constituyen los apéndices de
locomoción, cuyo número y localización varía de
unas bacterias a otras, y se utilizan a menudo
como un criterio de clasificación.
• La estructura del flagelo está formada por:
• Un filamento rígido y curvado constituido por
flagelina.
• Un codo o gancho que une el filamento a la
superficie de la célula.
• El cuerpo basal compuesta por una serie de
anillos.
FIMBRIAS Y PILIS. Son apéndices externos que no intervienen en el movimiento y están constituidos por una proteína
denominada pilina.
• Las fimbrias son cortas, finas y numerosas en algunas bacterias, y tienen una función adhesiva. Las poseen bacterias
que parasitan otras células.
• Los pelos o pili, de mayor longitud, son poco numerosos y están implicados en la unión de dos células durante la
conjugación bacteriana en la que se produce transferencia de información genética entre bacterias (p.e. plásmidos
con resistencias a antibióticos)
Fimbrias
Escherichia coli
Las bacterias se
dividen por
bipartición o
fisión binaria, una
forma sencilla y
rápida de división
asexual que les
permite, en
condiciones
óptimas, dar lugar a
un clon muy
numeroso de
bacterias
genéticamente
iguales.
Las bacterias pueden
experimentar fenómenos
de parasexualidad en los
que intercambian algo de
material genético a través
de los procesos de
conjugación,
transformación y
transducción.
Septo
En la división celular
el primer proceso
que se produce es la
replicación del
cromosoma
bacteriano a partir
del origen de
replicación (verde).
Este proceso es
bidireccional hasta
alcanzar el punto de
terminación de la
replicación (rojo).
Al final de la
replicación la célula
se alarga hidratando
y sintetizando pared
y membrana y las
dos copias del
cromosoma se
desplazan hacia los
polos apuntando los
orígenes de
replicación hacia
ellos.
A continuación, se produce,
a nivel del plano ecuatorial
de la bacteria, la
acumulación de la proteína
FtsZ con forma de anillo
(puntos naranjas). Esta
proteína está implicada en la
formación de un septo de
separación que dará lugar a
dos células descendientes
genéticamente idénticas a la
célula madre.
En esta bacteria E. coli en
división, se ha marcado la
proteína FtsZ con un
colorante fluorescente para
mostrar su localización
durante la división binaria. La
proteína se sitúa en un anillo
en el plano ecuatorial de la
célula para facilitar la
formación del septo de
nueva membrana y pared
que separará a las nuevas
células hijas. Las bacterias
que portan mutaciones en el
gen FtsZ no son capaces de
dividirse.
En estas fotografías de la bacteria Escherichia coli, en división por bipartición (fisión binaria), se observa la formación del
septo de separación que dará lugar a dos células hijas con la misma información genética que la célula madre. La proteína
FtsZ es la responsable principal de la formación de este septo en el que, también, están implicadas otras proteínas.
En estas fotografías de la
bacteria Streptococcus
pyogenes, en división por
bipartición (fisión binaria),
se observa la formación
del septo de separación
que dará lugar a dos
células hijas con la misma
información genética que
la célula madre. La
proteína FtsZ es la
responsable principal de la
formación de este septo
en el que, también, están
implicadas otras proteínas.
CRECIMIENTO BACTERIANO
Las bacterias en condiciones óptimas se
dividen exponencialmente y en muy poco
tiempo son capaces de general inmensas
colonias constituidas por millones de
ellas.
Nº = 2 𝑛
Donde:
• Nº es el número total de
bacterias
• n es el número de divisiones.
De esta manera, si se divide cada 30
minutos, en una hora tendremos 2
divisiones; en un día 48 divisiones. Por lo
tanto:
Nº = 248
= 2812474.9761710.656 bacterias
Las bacterias en condiciones óptimas se dividen exponencialmente y en muy poco tiempo son capaces de general
inmensas colonias constituidas por billones de ellas.
En esta función podemos apreciar la evolución de la
curva de crecimiento bacteriano entendida como el
incremento en el número de bacterias de una población
a lo largo del tiempo. Podemos distinguir cuatro
intervalos:
• Fase de latencia: durante esta fase no parece
haber crecimiento celular, las bacterias acrecientan
su tamaño y están metabólicamente muy activas
sintetizando ácidos nucleicos, proteínas y enzimas,
etc.
• Fase exponencial: Durante esta fase las bacterias
se dividen por fisión binaria a una velocidad
constante que depende no solo de la especie, sino
de que encuentren todos los nutrientes necesarios
en el medio de cultivo y las condiciones adecuadas
para su crecimiento de temperatura, pH, gases…
• Fase estacionaria: El crecimiento exponencial de
las bacterias no es infinito y esto se debe a que se
reducen los nutrientes, el espacio, y aumenta la
concentración de productos residuales con efectos
inhibitorios en el crecimiento. La tasa de división se
contrarresta con la tasa de mortalidad por lo que la
curva se aplana.
• Muerte celular: Las bacterias comienzan a morir
exponencialmente y la curva experimenta un declive
inverso a la fase exponencial. Esto es debido a que
se han agotado los recursos, no queda espacio libre
y además se alcanzan niveles muy altos de
productos residuales tóxicos e inhibidores del
crecimiento.
CONJUGACIÓN
TRANSFORMACIÓN TRANSDUCCIÓN
Aunque las bacterias se dividen asexualmente
por división binaria o bipartición, pueden
experimentar fenómenos de parasexualidad
en los que intercambian pequeños fragmentos
de ADN: conjugación, transformación y
transducción.
FORMACIÓN DE ESPORAS DE
RESISTENCIA
Cuando el ambiente se vuelve desfavorable por
falta de nutrientes, se seca por falta de agua o
se alcanzan temperaturas extremas de calor o
frío, algunos tipos de bacterias son capaces de
sobrevivir en estado latente formando
endosporas de resistencia. La formación de
endosporas no es un tipo de reproducción
puesto que de cada bacteria sólo se forma una
espora de resistencia. Algunas endosporas son
tan resistentes que pueden sobrevivir una hora
o más de ebullición o siglos de congelación.
Cuando las condiciones ambientales
nuevamente son adecuadas para crecer, las
endosporas germinan y forman una célula
activa y en crecimiento.
Varios tipos de bacterias que forman
endosporas producen enfermedades: La
endospora de Bacillus anthracis, la bacteria que
causa el ántrax, es tan resistente que este
patógeno se ha convertido en una
preocupación como agente de guerra biológica;
la bacteria que causa tétanos (Clostridium
tetani); Cl. Botulinum, cuya toxina causa una
intoxicación alimentaria que puede ser mortal; y
la bacteria que causa gangrena gaseosa (C.
perfringens).
Algunas
endosporas
de resistencia
NUTRICIÓN EN BACTERIAS
• El mundo de las células procariotas presenta desde el punto de vista de su metabolismo una gran diversidad.
• Distinguimos dos grandes grupos de organismos en función de su nutrición, es decir a partir de donde obtienen su
materia orgánica: autótrofos (la obtienen de materia inorgánica) y heterótrofos (de materia orgánica)
• Distinguimos dos grandes grupos de organismos en función de su fuente de energía: fotótrofos (luz) y quimiótrofos
(moléculas químicas que pueden ser inorgánicas u orgánicas (ver siguiente diapositiva)).
• En función de la combinación de ambos criterios distinguimos cuatro tipos de organismos procariotas:
- Fotoautótrofos - Quimioautótrofos
- Fotoheterótrofos - Quimioheterótrofos
EL PAPEL DEL OXÍGENO EN EL METABOLISMO DE LAS BACTERIAS
En las células procariotas nos encontramos una gran diversidad metabólica en función
de su relación con el oxígeno.
• Bacterias aerobias: utilizan el O2 en la respiración celular y no pueden vivir sin él.
• Bacterias anaerobias estrictas: Para ellas el oxígeno es un veneno. Algunas
obtienen energía a través de la fermentación y otras realizan una respiración
anaerobia en la que el último aceptor de electrones es otro elemento distino al
oxígeno (NO3−
) o (SO42−
)
• Bacterias anaerobias facultativas: Pueden usar el O2 si está presente pero
pueden, también, realizar una fermentación o respiración anaerobia en ambientes
o situaciones anaerobias.
• Bacterias anaerobias aerotolerantes: Pueden vivir en presencia de O2 pero no lo
utilizan nunca en una respiración celular.
1 2
RESISTENCIAS:
• En la placa de Petri A, las bacterias son sensibles a
todos los discos con antibióticos. Se observa un halo
de inhibición del crecimiento alrededor de todos los
discos de antibióticos.
• En la placa de Petri B, las bacterias son resistentes a
los antibióticos 1 y 2 puesto que no se observa halo
de inhibición del crecimiento alrededor. El antibiótico 4 y
6 es más efectivo que los antibióticos 3, 5 y 7 puesto
que los halos de inhibición son mayores.
• El símbolo + señala un disco impregnado con un
tipo de antibiótico. En cada placa se ensayan la
acción de diferentes antibióticos representados por los
diferentes discos.
• El símbolo – señala el halo de inhibición del
crecimiento bacteriano (bacterias muertas por la
acción del antibiótico). Cuanto mayor es su radio más
efectivo es el antibiótico.
A B
3
45
6 7
+-
Las resistencias a los antibióticos surgen por mutaciones
al azar causadas por radiaciones (rayos X, U.V.),
exposición a la radioactividad, algunas sustancias
químicas (humo del tabaco…), algunos virus y errores en
la replicación de la información genética.
El mal uso de los antibióticos elimina a las bacterias
sensibles y facilita el que las resistentes, libres de
competencia, puedan aumentar su número
exponencialmente y extenderse en la población.
Una bacteria resistente puede transmitir su resistencia a
otras bacterias sensibles a través de diversos procesos como
la conjugación bacteriana, la transducción y la
transformación.
Los hábitos básicos de higiene, como lavarse las manos, el
evitar el contacto directo con personas enfermas sin
protección, el consumir antibióticos siempre bajo prescripción
médica y llevar al día el calendario de vacunación puede
contribuir a que las bacterias resistentes no se expandan en
la población poniendo en riesgo la salud de las personas, y la
de los animales domésticos y los cultivos.
Las bacterias existen en la Tierra desde
hace unos 3800 millones de años y
ocupan todos los ecosistemas tanto
terrestres como acuáticos.
Su enorme éxito se debe a:
• Su pequeño tamaño y rápida
reproducción.
• Su metabolismo tan diversificado
que les ha permitido adaptarse a
una gran variedad de ambientes y
condiciones.
• Su elevada tasa de mutación
relacionada con la elevada tasa de
división.
• Su rápida evolución que les
permite adaptarse a las
condiciones cambiantes del
medio.
Célula Procariota

Célula Procariota

  • 1.
    Antonio Campo Buetas Biología2º Bachillerato Escherichia coliModelo de Bacteria Gram - Crecimiento bacteriano exponencial
  • 2.
    • Clasificación endos dominios: Bacterias y Arqueobacterias • Características diferenciales de la célula procariota. • Morfología de la célula procariota. • Pared • Gram + • Gram – • Cápsula • Membrana plasmática. • Citoplasma • Ribosomas • Inclusiones • Organización del material genético en bacterias. • Cromosoma bacteriano • Plásmidos. • Flagelos, fimbrias y pili sexual. • División bacteriana. • Bipartición. • Fenómenos parasexuales: Conjugación, transformación y transducción • Crecimiento bacteriano • Formación de esporas de resistencia • Nutrición y Energía. • Microbiota. Bacterias patógenas. Resistencias a antibióticos. • Clasificación de las bacterias
  • 3.
    Las células deorganización procariota pertenecen a dos dominios dentro de la clasificación actual de los seres vivos en tres dominios: • Dominio Bacterias. Reino Bacterias • Dominio Arqueas. Reino Arqueobacterias Se caracterizan, fundamentalmente, por carecer de una membrana nuclear y de orgánulos en su citoplasma.
  • 6.
    Las bacterias presentanuna pared típica de mureína y los lípidos de membrana son glicerofosfolípidos en los que los ácidos grasos se unen a la glicerina por enlaces éster. Por el contrario, las arqueobacterias presentan una pared proteica y los lípidos de membrana están formados por cadenas isoprénicas ramificadas unidas a la glicerina por enlaces éter.
  • 7.
    • Las bacteriaspresentan una pared típica de mureína y los lípidos de membrana son glicerofosfolípidos en los que los ácidos grasos se unen a la glicerina por enlaces éster. • Por el contrario, las arqueobacterias presentan una pared proteica y los lípidos de membrana están formados por cadenas isoprénicas ramificadas unidas a la glicerina por enlaces éter.
  • 8.
    En las arqueobacterias,los lípidos de membrana están formados por cadenas isoprénicas ramificadas unidas a la glicerina por enlaces éter. También podemos encontrar tetraéteres que forman una monocapa con dos regiones polares hacia el exterior y una región apolar hacia el interior. Estos enlaces éter explican la mayor estabilidad de las membranas a temperaturas elevadas en aquellas arqueobacterias termófilas.
  • 9.
  • 10.
  • 19.
    • La paredcelular es una estructura rígida adosada a la cara externa de la membrana plasmática, que rodea totalmente a la célula procariota. • La pared celular de la mayor parte de las bacterias está constituida principalmente por mureína o peptidoglucano. • El peptidoglucano o mureína está formado por cadenas polisacáridas de dos glúcidos: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM), unidos por enlaces O- glucosídicos. El NAM presenta una corta cadena de cuatro aminoácidos. • Se pueden establecer enlaces peptídicos intercatenarios entre los tetrapéptidos de cadenas polisacáridas adyacentes. • Existen dos modelos de pared celular que nos permiten clasificar a las bacterias en grampositivas y gramnegativas. La pared celular cumple las siguientes funciones: • Mantiene la forma de la célula, le da rigidez y previene la lisis osmótica. • Protege a la célula de posibles ataques de patógenos o sustancias que podrían destruirla. • Regula el intercambio de sustancias con el exterior, principalmente la membrana externa de las paredes gramnegativas.
  • 20.
    • La paredcelular es una estructura rígida adosada a la cara externa de la membrana plasmática, que rodea totalmente a la célula procariota. • La pared celular de la mayor parte de las bacterias está constituida principalmente por mureína o peptidoglucano. • El peptidoglucano o mureína está formado por cadenas polisacáridas de dos glúcidos: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM), unidos por enlaces O- glucosídicos. El NAM presenta una corta cadena de cuatro aminoácidos. • Se pueden establecer enlaces peptídicos intercatenarios entre los tetrapéptidos de cadenas polisacáridas adyacentes. • Existen dos modelos de pared celular que nos permiten clasificar a las bacterias en grampositivas y gramnegativas. La pared celular cumple las siguientes funciones: • Mantiene la forma de la célula, le da rigidez y previene la lisis osmótica. • Protege a la célula de posibles ataques de patógenos o sustancias que podrían destruirla. • Pose componentes con capacidad antigénica que le sirven para unirse específicamente a las células que parasita. • Regula el intercambio de sustancias con el exterior, principalmente la membrana externa de las paredes gramnegativas.
  • 21.
    La tinción deGram nos permite distinguir dos grandes grupos de bacterias en cuanto a la estructura de la pared bacteriana que presentan: Gram + y Gram -
  • 22.
    La tinción deGram nos permite distinguir dos grandes grupos de bacterias en cuanto a la estructura de la pared bacteriana que presentan: Gram + y Gram -
  • 24.
    • La paredde las grampositivas es mucho más gruesa que la de las gramnegativas y esta compuesta de una gruesa capa de peptidoglucano en la que hay ácidos teicoicos y lipoteicoicos incluidos que sobresalen al exterior. • La pared celular de las grannegativas esta compuesta de una fina capa de peptidoglucano incluida en el espacio periplásmico y rodeada por una membrana externa que incluye lipopolisacáridos y proteínas denominadas porinas.
  • 25.
    Muchas bacterias presentancubiertas mucosas en el exterior de la pared celular, compuestas por polisacáridos y, en ocasiones, por proteínas, que se denominan cápsulas. La cápsula desempeña las siguientes funciones: • Protegen a la bacteria de factores tóxicos y de la fagocitosis, lo cual incrementa el poder invasor y la virulencia de las bacterias patógenas. • Evitan la desecación, ya que retienen gran cantidad de agua. • Permiten la adherencia a superficies y a otras células. Esta capacidad es importante en las bacterias de vida libre que viven sobre distintas superficies y también en las patógenas, ya que permiten la fijación del microorganismo a las células del tejido hospedador. Algunas bacterias de la cavidad oral con cápsula se adhieren al esmalte dental y, junto con restos de alimentos, forman la placa dental o sarro.
  • 26.
    Muchas bacterias presentancubiertas mucosas en el exterior de la pared celular, compuestas por polisacáridos y, en ocasiones, por proteínas, que se denominan cápsulas. La cápsula desempeña las siguientes funciones: • Protegen a la bacteria de factores tóxicos y de la fagocitosis, lo cual incrementa el poder invasor y la virulencia de las bacterias patógenas. • Evitan la desecación, ya que retienen gran cantidad de agua. • Permiten la adherencia a superficies y a otras células. Esta capacidad es importante en las bacterias de vida libre que viven sobre distintas superficies y también en las patógenas, ya que permiten la fijación del microorganismo a las células del tejido hospedador. Algunas bacterias de la cavidad oral con cápsula se adhieren al esmalte dental y, junto con restos de alimentos, forman la placa dental o sarro.
  • 27.
    Muchas bacterias presentancubiertas mucosas en el exterior de la pared celular, compuestas por polisacáridos y, en ocasiones, por proteínas, que se denominan cápsulas. La cápsula desempeña las siguientes funciones: • Protegen a la bacteria de factores tóxicos y de la fagocitosis, lo cual incrementa el poder invasor y la virulencia de las bacterias patógenas. • Evitan la desecación, ya que retienen gran cantidad de agua. • Permiten la adherencia a superficies y a otras células. Esta capacidad es importante en las bacterias de vida libre que viven sobre distintas superficies y también en las patógenas, ya que permiten la fijación del microorganismo a las células del tejido hospedador. Algunas bacterias de la cavidad oral con cápsula se adhieren al esmalte dental y, junto con restos de alimentos, forman la placa dental o sarro. EPS: Sustancias Poliméricas Extracelulares: (polisacáridos, aminoácidos y otros componentes)
  • 28.
    Está formada poruna doble capa de fosfolípidos, con proteínas incluidas. No contiene colesterol. Los fosfolípidos presentan las regiones hidrófilas polares hacia el exterior de la membrana y hacia el citoplasma. Las cadenas hidrófobas apolares de ácidos grasos se dirigen hacia el centro de la bicapa. La membrana plasmática desempeña las siguientes funciones importantes: • Regula el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular. • Controla la síntesis y el crecimiento de la membrana y de la pared celular. • Contribuye a la distribución de los cromosomas bacterianos hacia las células hijas durante la reproducción. • Participa en el transporte electrónico de la cadena respiratoria y la síntesis de ATP. • Contiene la bacterioclorofila en las bacterias fotosintéticas.
  • 29.
    • Algunas bacteriasaerobias presentan invaginaciones de la membrana plasmática que nos recuerdan a las crestas de las mitocondrias. En ellas se encuentran enzimas que participan en el transporte electrónico de la cadena respiratoria y la síntesis de ATP. • Algunas bacterias fotosintéticas, como las cianobacterias, tienen un sistema de membranas internas denominadas tilacoides que nos recuerdan a la estructura interna de los cloroplastos. En estas membranas encontramos los pigmentos fotosintéticos, como la bacterioclorofila, y las cadenas respiratorias que permiten la fase luminosa de la fotosíntesis.
  • 30.
    EL CITOPLASMA. Está formadopor una matriz gelatinosa, el protoplasma, con un alto contenido en agua y de aspecto granuloso, que contiene proteínas y enzimas y alberga a los ribosomas, así como diversas inclusiones de variada naturaleza y función según los diferentes tipos celulares. Los ribosomas 70S, son los responsables de la síntesis de proteínas. En las bacterias, la transcripción y la síntesis de proteínas se llevan a cabo totalmente en el citoplasma. Inclusiones citoplasmáticas: • Gránulos de reserva de: glucógeno y polihidroxibutirato (carbono), polifosfato (fosfato), de azufre. • Vesículas de gas para la flotación en organismos acuáticos. • Carboxisomas con la rubisco, la principal enzima fijadora del CO2 en la fase oscura de la fotosíntesis. • Clorosomas (pigmentos verdes fotosintéticos) en las bacterias fotosintéticas. 70S
  • 31.
    EL CITOPLASMA. Está formadopor una matriz gelatinosa, el protoplasma, con un alto contenido en agua y de aspecto granuloso, que contiene proteínas y enzimas y alberga a los ribosomas, así como diversas inclusiones de variada naturaleza y función según los diferentes tipos celulares. Los ribosomas 70S, son los responsables de la síntesis de proteínas. En las bacterias, la transcripción y la síntesis de proteínas se llevan a cabo totalmente en el citoplasma. Inclusiones citoplasmáticas: • Gránulos de reserva de: glucógeno y polihidroxibutirato (carbono), polifosfato (fosfato), de azufre. • Vesículas de gas para la flotación en organismos acuáticos. • Carboxisomas con la rubisco, la principal enzima fijadora del CO2 en la fase oscura de la fotosíntesis. • Clorosomas (pigmentos verdes fotosintéticos) en las bacterias fotosintéticas. Vesículas de gas Membranas fotosintéticas
  • 32.
    EL MATERIAL GENÉTICOEN BACTERIAS En la célula procariota, el material genético se encuentra en el nucleoide, zona situada en la región central del citoplasma, de aspecto fibrilar, que no está protegida por una membrana nuclear. Esta formado por el cromosoma bacteriano de ADN bicatenario, circular, fuertemente plegado, y débilmente asociado a un grupo de proteínas. El superenrollamiento del ADN circular en una superhélice tiene una gran importancia, ya que el tamaño de la molécula de ADN es mucho mayor que el de la célula bacteriana (en Escherichia coli unas mil veces). Por otra parte, muchas bacterias presentan pequeñas moléculas de ADN bicatenario circular, independientes del cromosoma, y capaces de duplicarse, denominados plásmidos. Los plásmidos pueden contener desde dos hasta treinta genes y confieren importantes propiedades a las células que los albergan: • Plásmido para constituir el pili sexual en la conjugación bacteriana. • Plásmidos para degradar sustancias difícilmente biodegradables. • Plásmidos para resistencias a los antibióticos que pueden ser transferidos de una cepa a otra. Cromosoma bacteriano y plásmidos (flechas) Pili sexual y conjugación bacterina
  • 33.
    TEMA 8. LACÉLULA PROCARIOTA: EL CROMOSOMA EN PROCARIOTAS. La estructura en doble hélice sufre nuevos plegamientos que dan lugar a un tercer nivel estructural. El modo en que se almacena el ADN en un volumen reducido es diferente en los procariotas y en los eucariotas. Las bacterias contienen una sola molécula de ADN bicatenaria (doble hélice), desnuda (no asociada a proteínas) que tiene forma circular. Para conseguir el máximo empaquetamiento se pliega como una superhélice. En las mitocondrias y cloroplastos de las células eucariotas, el ADN presenta la misma estructura. En los virus el ADN puede ser de cadena doble o sencilla y al mismo tiempo la cadena puede estar abierta o cerrada sobre sí misma. El ADN está rodeado por la cápsida proteica. Organización del cromosoma bacteriano
  • 34.
    EL FLAGELO BACTERIANO •Los flagelos constituyen los apéndices de locomoción, cuyo número y localización varía de unas bacterias a otras, y se utilizan a menudo como un criterio de clasificación: • Flagelación monotrica (un único flagelo). • Flagelación politrica (varios flagelos). Para estos últimos se habla de disposición polar, subpolar o peritrica (se disponen por toda la superficie de la célula). • La estructura del flagelo está formada por: • Un filamento rígido y curvado constituido por flagelina. • Un codo o gancho que une el filamento a la superficie de la célula. • Una estructura basal compuesta por una serie de anillos.
  • 35.
    EL FLAGELO BACTERIANO •Los flagelos constituyen los apéndices de locomoción, cuyo número y localización varía de unas bacterias a otras, y se utilizan a menudo como un criterio de clasificación: • Flagelación monotrica (un único flagelo). • Flagelación politrica (varios flagelos). Para estos últimos se habla de disposición polar (lofotrica, anfitrica) o peritrica (se disponen por toda la superficie de la célula). • La estructura del flagelo está formada por: • Un filamento rígido y curvado constituido por flagelina. • Un codo o gancho que une el filamento a la superficie de la célula. • Una estructura basal compuesta por una serie de anillos.
  • 36.
    EL FLAGELO BACTERIANO •Los flagelos constituyen los apéndices de locomoción, cuyo número y localización varía de unas bacterias a otras, y se utilizan a menudo como un criterio de clasificación. • La estructura del flagelo está formada por: • Un filamento rígido y curvado constituido por flagelina. • Un codo o gancho que une el filamento a la superficie de la célula. • El cuerpo basal compuesta por una serie de anillos.
  • 37.
    FIMBRIAS Y PILIS.Son apéndices externos que no intervienen en el movimiento y están constituidos por una proteína denominada pilina. • Las fimbrias son cortas, finas y numerosas en algunas bacterias, y tienen una función adhesiva. Las poseen bacterias que parasitan otras células. • Los pelos o pili, de mayor longitud, son poco numerosos y están implicados en la unión de dos células durante la conjugación bacteriana en la que se produce transferencia de información genética entre bacterias (p.e. plásmidos con resistencias a antibióticos) Fimbrias Escherichia coli
  • 38.
    Las bacterias se dividenpor bipartición o fisión binaria, una forma sencilla y rápida de división asexual que les permite, en condiciones óptimas, dar lugar a un clon muy numeroso de bacterias genéticamente iguales. Las bacterias pueden experimentar fenómenos de parasexualidad en los que intercambian algo de material genético a través de los procesos de conjugación, transformación y transducción. Septo
  • 39.
    En la divisióncelular el primer proceso que se produce es la replicación del cromosoma bacteriano a partir del origen de replicación (verde). Este proceso es bidireccional hasta alcanzar el punto de terminación de la replicación (rojo). Al final de la replicación la célula se alarga hidratando y sintetizando pared y membrana y las dos copias del cromosoma se desplazan hacia los polos apuntando los orígenes de replicación hacia ellos. A continuación, se produce, a nivel del plano ecuatorial de la bacteria, la acumulación de la proteína FtsZ con forma de anillo (puntos naranjas). Esta proteína está implicada en la formación de un septo de separación que dará lugar a dos células descendientes genéticamente idénticas a la célula madre. En esta bacteria E. coli en división, se ha marcado la proteína FtsZ con un colorante fluorescente para mostrar su localización durante la división binaria. La proteína se sitúa en un anillo en el plano ecuatorial de la célula para facilitar la formación del septo de nueva membrana y pared que separará a las nuevas células hijas. Las bacterias que portan mutaciones en el gen FtsZ no son capaces de dividirse.
  • 40.
    En estas fotografíasde la bacteria Escherichia coli, en división por bipartición (fisión binaria), se observa la formación del septo de separación que dará lugar a dos células hijas con la misma información genética que la célula madre. La proteína FtsZ es la responsable principal de la formación de este septo en el que, también, están implicadas otras proteínas.
  • 41.
    En estas fotografíasde la bacteria Streptococcus pyogenes, en división por bipartición (fisión binaria), se observa la formación del septo de separación que dará lugar a dos células hijas con la misma información genética que la célula madre. La proteína FtsZ es la responsable principal de la formación de este septo en el que, también, están implicadas otras proteínas.
  • 42.
    CRECIMIENTO BACTERIANO Las bacteriasen condiciones óptimas se dividen exponencialmente y en muy poco tiempo son capaces de general inmensas colonias constituidas por millones de ellas. Nº = 2 𝑛 Donde: • Nº es el número total de bacterias • n es el número de divisiones. De esta manera, si se divide cada 30 minutos, en una hora tendremos 2 divisiones; en un día 48 divisiones. Por lo tanto: Nº = 248 = 2812474.9761710.656 bacterias
  • 43.
    Las bacterias encondiciones óptimas se dividen exponencialmente y en muy poco tiempo son capaces de general inmensas colonias constituidas por billones de ellas.
  • 44.
    En esta funciónpodemos apreciar la evolución de la curva de crecimiento bacteriano entendida como el incremento en el número de bacterias de una población a lo largo del tiempo. Podemos distinguir cuatro intervalos: • Fase de latencia: durante esta fase no parece haber crecimiento celular, las bacterias acrecientan su tamaño y están metabólicamente muy activas sintetizando ácidos nucleicos, proteínas y enzimas, etc. • Fase exponencial: Durante esta fase las bacterias se dividen por fisión binaria a una velocidad constante que depende no solo de la especie, sino de que encuentren todos los nutrientes necesarios en el medio de cultivo y las condiciones adecuadas para su crecimiento de temperatura, pH, gases… • Fase estacionaria: El crecimiento exponencial de las bacterias no es infinito y esto se debe a que se reducen los nutrientes, el espacio, y aumenta la concentración de productos residuales con efectos inhibitorios en el crecimiento. La tasa de división se contrarresta con la tasa de mortalidad por lo que la curva se aplana. • Muerte celular: Las bacterias comienzan a morir exponencialmente y la curva experimenta un declive inverso a la fase exponencial. Esto es debido a que se han agotado los recursos, no queda espacio libre y además se alcanzan niveles muy altos de productos residuales tóxicos e inhibidores del crecimiento.
  • 45.
    CONJUGACIÓN TRANSFORMACIÓN TRANSDUCCIÓN Aunque lasbacterias se dividen asexualmente por división binaria o bipartición, pueden experimentar fenómenos de parasexualidad en los que intercambian pequeños fragmentos de ADN: conjugación, transformación y transducción.
  • 46.
    FORMACIÓN DE ESPORASDE RESISTENCIA Cuando el ambiente se vuelve desfavorable por falta de nutrientes, se seca por falta de agua o se alcanzan temperaturas extremas de calor o frío, algunos tipos de bacterias son capaces de sobrevivir en estado latente formando endosporas de resistencia. La formación de endosporas no es un tipo de reproducción puesto que de cada bacteria sólo se forma una espora de resistencia. Algunas endosporas son tan resistentes que pueden sobrevivir una hora o más de ebullición o siglos de congelación. Cuando las condiciones ambientales nuevamente son adecuadas para crecer, las endosporas germinan y forman una célula activa y en crecimiento. Varios tipos de bacterias que forman endosporas producen enfermedades: La endospora de Bacillus anthracis, la bacteria que causa el ántrax, es tan resistente que este patógeno se ha convertido en una preocupación como agente de guerra biológica; la bacteria que causa tétanos (Clostridium tetani); Cl. Botulinum, cuya toxina causa una intoxicación alimentaria que puede ser mortal; y la bacteria que causa gangrena gaseosa (C. perfringens).
  • 47.
  • 48.
    NUTRICIÓN EN BACTERIAS •El mundo de las células procariotas presenta desde el punto de vista de su metabolismo una gran diversidad. • Distinguimos dos grandes grupos de organismos en función de su nutrición, es decir a partir de donde obtienen su materia orgánica: autótrofos (la obtienen de materia inorgánica) y heterótrofos (de materia orgánica) • Distinguimos dos grandes grupos de organismos en función de su fuente de energía: fotótrofos (luz) y quimiótrofos (moléculas químicas que pueden ser inorgánicas u orgánicas (ver siguiente diapositiva)). • En función de la combinación de ambos criterios distinguimos cuatro tipos de organismos procariotas: - Fotoautótrofos - Quimioautótrofos - Fotoheterótrofos - Quimioheterótrofos
  • 50.
    EL PAPEL DELOXÍGENO EN EL METABOLISMO DE LAS BACTERIAS En las células procariotas nos encontramos una gran diversidad metabólica en función de su relación con el oxígeno. • Bacterias aerobias: utilizan el O2 en la respiración celular y no pueden vivir sin él. • Bacterias anaerobias estrictas: Para ellas el oxígeno es un veneno. Algunas obtienen energía a través de la fermentación y otras realizan una respiración anaerobia en la que el último aceptor de electrones es otro elemento distino al oxígeno (NO3− ) o (SO42− ) • Bacterias anaerobias facultativas: Pueden usar el O2 si está presente pero pueden, también, realizar una fermentación o respiración anaerobia en ambientes o situaciones anaerobias. • Bacterias anaerobias aerotolerantes: Pueden vivir en presencia de O2 pero no lo utilizan nunca en una respiración celular.
  • 58.
    1 2 RESISTENCIAS: • Enla placa de Petri A, las bacterias son sensibles a todos los discos con antibióticos. Se observa un halo de inhibición del crecimiento alrededor de todos los discos de antibióticos. • En la placa de Petri B, las bacterias son resistentes a los antibióticos 1 y 2 puesto que no se observa halo de inhibición del crecimiento alrededor. El antibiótico 4 y 6 es más efectivo que los antibióticos 3, 5 y 7 puesto que los halos de inhibición son mayores. • El símbolo + señala un disco impregnado con un tipo de antibiótico. En cada placa se ensayan la acción de diferentes antibióticos representados por los diferentes discos. • El símbolo – señala el halo de inhibición del crecimiento bacteriano (bacterias muertas por la acción del antibiótico). Cuanto mayor es su radio más efectivo es el antibiótico. A B 3 45 6 7 +-
  • 61.
    Las resistencias alos antibióticos surgen por mutaciones al azar causadas por radiaciones (rayos X, U.V.), exposición a la radioactividad, algunas sustancias químicas (humo del tabaco…), algunos virus y errores en la replicación de la información genética. El mal uso de los antibióticos elimina a las bacterias sensibles y facilita el que las resistentes, libres de competencia, puedan aumentar su número exponencialmente y extenderse en la población. Una bacteria resistente puede transmitir su resistencia a otras bacterias sensibles a través de diversos procesos como la conjugación bacteriana, la transducción y la transformación. Los hábitos básicos de higiene, como lavarse las manos, el evitar el contacto directo con personas enfermas sin protección, el consumir antibióticos siempre bajo prescripción médica y llevar al día el calendario de vacunación puede contribuir a que las bacterias resistentes no se expandan en la población poniendo en riesgo la salud de las personas, y la de los animales domésticos y los cultivos.
  • 63.
    Las bacterias existenen la Tierra desde hace unos 3800 millones de años y ocupan todos los ecosistemas tanto terrestres como acuáticos. Su enorme éxito se debe a: • Su pequeño tamaño y rápida reproducción. • Su metabolismo tan diversificado que les ha permitido adaptarse a una gran variedad de ambientes y condiciones. • Su elevada tasa de mutación relacionada con la elevada tasa de división. • Su rápida evolución que les permite adaptarse a las condiciones cambiantes del medio.