Microbiología

1. Biología
celular y
molecular
UNIDAD III
ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA BACTERIANA

2. Célula.
Unidad fundamental de la vida, está rodeada
de una membrana que contiene una solución
acuosa donde se encuentran los organelos y
el ADN, así como moléculas proteicas. Es
capaz de crear copias de sí misma.
Neurona Protozoario
Cel. Vegetal Bacteria
Leucocito humano fagocitando un glóbulo rojo

3. Célula animal
Célula vegetal
Imagen de célula real
Características
de las células

4. ¿Qué es la vida?
➢“El estado o calidad que distingue a los seres u organismos vivos de los muertos y de
la materia inorgánica, que se caracterizan principalmente por el metabolismo, el
crecimiento y la capacidad para reproducirse y responder a estímulos”.
➢“La cualidad que hace a las personas, animales y plantas diferentes de los objetos,
sustancias y cosas que están muertas”.
➢“La vida es un sistema químico autosostenido capaz de evolución darwiniana”.
Virus de la gripe

5. Características
de los
organismos
vivos
Organizados en
comparación con
los objetos
inanimados
naturales.
Presentan
homeostasis
Capaces de
reproducirse
Crecen, se
desarrollan y
mueren
Obtienen energía
y materia del
medio ambiente o
de otros
organismos vivos
y la transforman
Responden a
estímulos
Se adaptan al
medio ambiente,
con el tiempo
A través de
generaciones,
evolucionan o se
extinguen

6. En todos los organismos vivos, las instrucciones
genéticas –genes– están almacenadas en
moléculas de DNA, escritas en el mismo código
químico, construidas con los mismos
componentes básicos químicos, interpretadas
esencialmente por la misma maquinaria celular y
duplicadas de la misma forma para permitir la
reproducción del organismo.
Código genético
Bases nitrogenadas

7. Procariotas
No tienen núcleo definido
Forma esférica, bastoniformes o espiralados y pequeños
Tienen una cubierta protectora resistente, denominada pared celular,
alrededor de la membrana plasmática, que rodea a un
compartimiento único que contiene el citoplasma y el DNA.
Se reproducen con rapidez por división en dos. Llegan a multiplicarse
en 20 minutos y su crecimiento es exponencial.
Pueden evolucionar con rapidez y adquirir rápidamente la capacidad
de utilizar una nueva fuente alimentaria o de resistir la acción de un
nuevo antibiótico.

8. Eucariotas
Núcleo bien definido. Está rodeado por dos membranas concéntricas
que forman la envoltura nuclear, contiene moléculas de ADN
Las células eucariontes son más grandes y más complejas que las
bacterias y las arqueas
Presencia de una variedad de orgánulos y estructuras subcelulares
que cumplen funciones especializadas.
Orgánulos especializados como las mitocondrias y cloroplastos sirven
para producir energía.
Reproducción sexual o asexual, los procesos evolutivos son lentos a
través de muchas generaciones

9. Teoría de la Endosimbiosis Mitocondrias
Cloroplastos
Las mitocondrias y
cloroplastos se originaron
a partir de bacterias que
fueron fagocitadas
por una célula eucarionte
ancestral y
sobrevivieron en su
interior manteniendo una
relación simbiótica con el
hospedador.
Lynn Margulis

10. Las mitocondrias están presentes en casi todas
las células eucariontes, contienen su propio DNA
y se reproducen dividiéndose en dos (similar a
bacterias).
Son generadores de energía que oxidan las
moléculas de alimento y producen energía
química útil para la célula.
Mitocondrias
Los cloroplastos de las células vegetales
capturan la energía de la luz solar:
Realizan fotosíntesis.
Capturan la energía de la luz solar en
moléculas de clorofila y la utilizan para
elaborar moléculas de azúcar ricas en
energía. En el proceso, liberan oxígeno
como un derivado molecular.
Cloroplastos

11. Complejo de Golgi
Participa en la síntesis y
empaquetamiento de las
moléculas que van a ser
secretadas por la célula, así
como en el envío de las nuevas
proteínas sintetizadas hacia el
compartimiento celular
adecuado.

12. Organelos rodeados de membrana y citosol
Lisosoma. Digestión intracelular
Peroxisoma. Contienen enzimas,
como catalasa y peroxidasa para
metabolizar los ácidos grasos
Retículo endoplásmico. Es una
compleja red dispuesta en forma de
túbulos, sacos aplanados y
cisternas, que están interconectadas
entre sí. Puede ser liso o rugoso, y
en general su función es producir
proteínas.
Ribosoma. Sitio en el que ocurre la
síntesis proteica en las células.
Vesícula. Las vesículas del interior de
las células hacen circular sustancias
hacia dentro o fuera de la célula
Núcleo. Contiene ADN
Citosol. Acuoso,
contiene al citoesqueleto

13. Función:
Organización y estructura interna
de la célula, mantiene a los
organelos en su sitio, acarrea
proteínas al interior de la célula y
hacia el exterior mediante
proteínas acarreadoras.
Citoesqueleto

14. Confiere protección a la célula
y comunicación con el medio
extracelular a través de
proteínas de membrana, le
proporciona condiciones
estables en su interior, además
de transportar nutrientes
hacia su interior y expulsar las
sustancias tóxicas fuera de la
célula.

15. Organización de los Genes
Presenta: Biol. Esmeralda Rivera

16. • El ADN lleva codificada la
información genética característica
de los diferentes seres vivos.
Mediante ese código, regula el
funcionamiento de cada tipo de
célula.
• Controla la transmisión de esa
información, tanto en el tiempo
como en el lugar de actuación de la
misma; coordina la complejísima red
de interacciones del funcionamiento
celular y tisular; controla también su
propia duplicación, reparación y
autorregulación.
• . Controla y coordina los procesos de
reproducción y mantenimiento de
las características de cada especie.

17. ➢ El ADN está constituido por una
doble cadena en la que cada
una de sus hebras está formada
por uniones covalentes
sucesivas entre un azúcar
(desoxirribosa) y una molécula
de fosfato.
➢ 4 bases nitrogenadas:
adenina (A),
guanina (G),
citosina (C)
timina (T).

18. GEN EUCARIOTA
❖ El ADN está organizado de acuerdo a la
complejidad de los organismos.
❖ Las células eucariotas contienen mayores
cantidades de ADN.
❖ Se encuentra organizado en nucleosomas y se
presenta en forma de fibras de cromatina.

19. *Los intrones no están presentes en en ARN
maduro .
*Los exones son los que codifican para proteínas
*El gen completo se transcribe a un largo ARN m
precursor que con otras moléculas forma parte
del grupo de ARN nucleraes.
*Las regiones exónicas del transcrito se unen
entre sí antes de la traducción.
*El genoma de mamíferos contiene 3000
gigabases de pares de nucleótidos.

20. TRANSCRIPCIÓN
▪ Corresponde a la síntesis de ARN a partir de
ADN.
▪
▪ Para que la transcripción se inicie deben existir
señales al interior de la célula que indique que
genes deben expresarse.
▪ A partir del ADN se sintetiza una molécula de
ARN complementario.
▪ a) Durante la transcripción se copia todo el ADN
formando un pre-ARNm.
▪ (b) En este se produce la separación de los
intrones y unión de los exones (splicing).
▪ (c) formando el ARN mensajero (ARNm), que
dará la proteína.
Splicing alternativo

21. UNIDAD III. ESTRUCTURA DE LAS
CÉLULAS PROCARIOTAS
La célula procariota es más simple que la eucariota en
todos los aspectos, con una excepción: la envoltura
celular es más compleja.
Nucleoide
Las células procariotas no tienen un núcleo verdadero;
almacenan su ADN en una estructura conocida como
nucleoide.
A: Microfotografía electrónica de transmisión resaltada con
color de una Escherichia coli con su DNA en rojo. (© CNRI/
SPL/Photo Researchers, Inc.)
B: Cromosoma liberado de una célula de E. coli que fue lisada
con delicadeza. Obsérvese qué tan comprimido debe
encontrarse el DNA dentro de la bacteria.

22. Estructuras citoplásmicas
Las células procariotas carecen de plastidios autónomos, como las
mitocondrias y cloroplastos; las enzimas de transporte de electrones
se localizan en la membrana citoplásmica. Los pigmentos
fotosintéticos (carotenoides, bacterio clorofila) de bacterias
fotosintéticas se encuentran contenidos en sistemas de membranas
intracitoplásmicas.
Las vesículas de membrana (cromatóforos) son tipos de membrana
observadas a menudo. Algunas bacterias fotosintéticas tienen
estructuras especializadas rodeadas por membrana denominadas
clorosomas. En algunas cianobacterias (antes conocidas como algas
azul-verdosas) las membranas fotosinteticas a menudo forman
estructuras de multiples capas conocidas como Tilacoides.
Las bacterias a menudo almacenan materiales de reserva en forma
de gránulos insolubles en estructuras como:
Carboxisomas. contienen una enzima fundamental para la fijacion
de CO2, la carboxilasa de ribulosa bifosfato en bacterias autótrofas.
Ficobilisomas: Estructuras captadoras de energia lumínica, ligadas a
las MEMBRANAS TILACOIDES de CIANOBACTERIAS y ALGAS ROJAS.

23. Diferencia de los ribosomas
procariotas y eucariotas
Las subunidades
ribosomales y las
moléculas de ARNr se
suelen designar en
unidades Svedberg (S), una
medida de la velocidad de
sedimentación de
partículas centrifugadas en
condiciones estándares

24. Envoltura celular
Las células procariotas están rodeadas por una envoltura
compleja en capas que difiere en composición entre los
principales grupos. Tales estructuras protegen al
microorganismo de entornos ambientales hostiles, como
osmolaridad extrema, químicos nocivos e incluso antibióticos.
Membrana celular
A) Estructura de la membrana
La membrana celular bacteriana es una “unidad de membrana”
típica compuesta por fosfolípidos y hasta 200 diferentes tipos
de proteínas. Las proteínas constituyen casi 70% de la masa de
la membrana, una proporción considerablemente más elevada
en comparación con las membranas de las células de
mamíferos.

25. B) Función de la membrana citoplásmica
La membrana citoplásmica forma una barrera hidrófoba impermeable a la mayor parte de las moléculas hidrofílicas.
Sin embargo, existen varios mecanismos (sistemas de transporte) que permiten que la célula transporte nutrientes
hacia el interior de la misma y productos de desecho hacia el exterior. Estos sistemas de transporte trabajan contra
gradiente de concentración con el fi n de incrementar la concentración de nutrientes en el interior de la célula, una
función que requiere alguna forma de energía.
1) Permeabilidad selectiva y transporte de solutos.
2) Transporte de electrones y fosforilación oxidativa en especies aerobias
3) Excreción de exoenzimas hidrolíticas
4) Transporte de enzimas y moléculas que participan en la biosíntesis de DNA, polímeros de la pared celular y lípidos
de la membrana
5) Portar receptores y otras proteínas quimiotácticas y otros sistemas sensoriales de transducción

26. Hay tres mecanismos de transporte generales que participan en el transporte de membrana: transporte pasivo,
transporte activo y translocación de grupo.
1) Permeabilidad selectiva y transporte de solutos.
Ósmosis. Es el paso de agua a través de la membrana
plasmática.
a) Transporte pasivo.
Este mecanismo depende de la difusión, no
utiliza la energía y funciona sólo cuando el
soluto se encuentra en concentraciones más
elevadas fuera de la célula. La difusión simple
explica la entrada de muy pocos nutrientes, lo
que incluye el oxígeno disuelto, dióxido de
carbono y el agua misma. Las moléculas se
mueven a favor del gradiente de
concentración; no proporciona velocidad ni
selectividad.
Tres tipos: ósmosis, difusión simple y difusión
facilitada

27. Difusión simple
No utiliza energía. Es el paso, a través de la
membrana plasmática, de pequeñas moléculas sin
carga solubles en la bicapa lipídica, tales como
algunos gases (O2 y CO2).
Difusión facilitada.
No utiliza energía, de forma que el soluto nunca
alcanza una concentración interna mayor que la que
existe fuera de la célula, esta difusión es selectiva. Los
conductos de proteínas forman conductos selectivos
que facilitan el paso de moléculas específicas. La
difusión facilitada es común en microorganismos
eucariotas (p. ej., levaduras) pero es poco común en
células procariotas. El glicerol es uno de los pocos
compuestos que penetran en las células procariotas
por difusión facilitada

28. b) Transporte activo.
Hay dos tipos de mecanismos de transporte activo, lo que depende de la fuente de energía utilizada:
transporte acoplado con iones y transporte con casete unido a ATP (ABC).
Transporte acoplado con iones.
Estos sistemas desplazan una molecula a través
de la membrana celular siguiendo un gradiente
iónico previamente establecido, como una fuerza
de movimiento por sodio o de movimiento por
protones.
Hay tres tipos basicos:
- Transporte simple (uniport) (A)
- Cotransporte unidireccional (symport) (B)
- Cotransporte bidireccional (antiport) (C)
Es común en microorganismos aerobios.

29. Transporte ABC
Este mecanismo emplea ATP directamente
para el transporte de solutos hacia el interior
de la célula. En bacterias gramnegativas el
transporte de varios nutrientes se facilita por
proteínas transportadoras (de unión)
específicas que se ubican en el espacio
periplasmático; en células grampositivas las
proteínas de unión se encuentran fijas a la
superficie externa de la membrana celular.
Funcionan al transferir el sustrato de unión a
un complejo proteínico unido a la
membrana. Se desencadena la hidrolisis de
ATP y se utiliza la energía para abrir los poros
de la membrana y permitir el movimiento
unidireccional de los sustratos hacia el
interior de la célula.

30. c) Translocación de grupo.
Las bacterias utilizan un proceso denominado translocación del grupo (metabolismo vectorial) para llevar a cabo la
captación neta de ciertos carbohidratos (p. ej., glucosa y manosa).
El sustrato sufre fosforilación durante el proceso de transporte.
Dicho proceso permite que las bacterias utilicen sus fuentes energéticas de manera eficiente al acoplar el
transporte con el metabolismo. En este proceso, una proteina transportadora de membrana sufre fosforilación en el
citoplasma a expensas del fosfoenolpiruvato; la proteína transportadora fosforilada se une al azúcar libre en la cara
exterior de la membrana, es transportada hacia el citoplasma y liberada en forma de carbohidrato unido a un
fosfato. Tales sistemas de transporte de carbohidratos se denominan sistemas de fosfotransferasas. Los sistemas de
fosfotransferasas también participan en el movimiento hacia las fuentes de carbono (quimiotaxia) y en la regulación
de otras vías metabólicas (represión catabólica).
fosfoenolpiruvato
Enzima 1
Enzima 2
Histidina

31. RESUMEN

32. 2. Transporte de electrones y fosforilación oxidativa.
La fosforilación oxidativa es la vía metabólica en la que los electrones se transfieren de donantes de electrones a aceptores
de electrones en reacciones redox; esta serie de reacciones libera energía que se utiliza para formar ATP.
La energía utilizada en el transporte de
electrones bombea los protones a través
de la membrana mitocondrial interna de la
matriz interior, al espacio intermembrana,
produciendo un fuerte gradiente de
concentración de hidrógeno.
Esta diferencia en la concentración de
protones produce tanto un potencial
eléctrico, como un potencial de pH a
través de las membranas. Luego, el
complejo de proteínas de la sintasa ATP,
hace uso de este potencial de membrana
para llevar a cabo la fosforilación del ADP
en ATP.

33. 3. Excreción de exoenzimas hidrolíticas y patogenia de las proteínas.
Todos los organismos que dependen
de polímeros orgánicos
macromoleculares como fuente
energética (p. ej., proteínas,
polisacáridos, lípidos) excretan
enzimas hidrolíticas que desdoblan
los polímeros hasta subunidades lo
suficientemente pequeñas para
penetrar la membrana celular.

34. 4.Funciones de
biosíntesis.
La membrana celular es el sitio
de los lípidos transportadores
sobre los cuales se ensamblan las
subunidades de la pared celular,
así como de la biosíntesis de las
enzimas de la pared celular. Las
enzimas para la síntesis de
fosfolípidos también se
ubican en la membrana celular.
5.Sistemas
quimiotácticos.
Las sustancias con capacidad de
atracción y repulsión se unen a
receptores específicos en la
membrana bacteriana.

35. Pared celular
La pared celular bacteriana
debe su resistencia a una capa compuesta de diversas
sustancias conocidas como mureina, mucopeptidos o
peptidoglucanos
Composición bioquímica de peptidoglucano

36. Las bacterias se clasifican como grampositivas o gramnegativas
con base en su respuesta al procedimiento de tinción de Gram
(Hans Christian Gram) .
Consiste en la capacidad de ciertas bacterias para retener un
complejo de cristales de color violeta (un colorante de color
violáceo) además de yodo después de un breve lavado con alcohol
o acetona.
Gramnegativas no retienen el complejo de colorante-yodo y se
ven de color rojo.
Grampositivas retienen el complejo de colorante-yodo, adquieren
un aspecto violáceo (violeta).
Tinción de Gram

37. Flagelos
Son apéndices fusiformes compuestos en su totalidad por proteína, con un diámetro de 12 a 30 nm. Son
órganos de locomoción. Está constituido por varios miles de moléculas de subunidades proteínicas
denominadas flagelina.
Se conocen tres tipos de disposición:
Monotrico (flagelo polar único)
Lofotrico (múltiples flagelos polares)
Peritrico (flagelos distribuidos sobre

38. Estructura de un flagelo y cilios
E. Coli

39. Estructura de un flagelo y cilios. Corte transversal

40. Pilosidades (fimbrias)
Son más cortos y más finos que los flagelos o cilios y al igual que
estos, se componen por subunidades proteínicas estructurales
denominadas pilinas, mientras que las adhesinas se ubican en la
punta de las pilosidades y participan en sus propiedades de unión.
- Flagelos o cilios permiten el movimiento.

41. Clasificación de las bacterias
A) Identificación de las bacterias:
Al colectar una muestra de un paciente, encontramos muchos
microorganismos incluidos patógenos potenciales y microbiota
residente.
Las muestras en condiciones normales no son estériles (p. ej., faringe o
colon)
La identificación es el uso practico de un esquema de clasificación para:
1) Aislar y diferenciar microorganismos específicos entre una mezcla
de flora microbiana compleja.
2) Verificar la autenticidad o propiedades especiales de un cultivo en
un entorno clínico.
3) Aislar al microorganismo causal de una enfermedad.
Sirve para la selección de tratamientos farmacológicos específicos para
la erradicación, la creación de vacunas que mitiguen su patología o a la
aplicación de medidas de salud pública (p. ej., lavado de manos, uso de
cubrebocas, aislamiento) para prevenir que continue la transmisión.
Exudado faríngeo
Histología vaginal
La identificación, clasificación y nomenclatura son tres areas
independientes, pero interrelacionadas, de la taxonomía
bacteriana.

42. B) Clasificación de las bacterias es la categorización de microorganismos en grupos taxonómicos. Se necesitan técnicas
experimentales y de observación para la clasificación taxonómica. Esto se debe a que, desde siempre, las propiedades
bioquímicas, fisiológicas, genéticas y morfológicas son indispensables para establecer una categoría taxonómica. Esta área
de la microbiología es necesariamente dinámica a medida que los recursos tecnológicos continúen evolucionando (p. ej.,
nuevos métodos de microscopia, análisis bioquímicos y biología de ácidos nucleicos con el uso de computadoras).
Taxonomía bacteriana
Del griego taxon = organización; la clasificación de
los microorganismos en un sistema ordenado que
indica una relación en la naturaleza.
C) Nomenclatura se refiere a la denominación de un
microorganismo por un grupo establecido de
científicos y médicos. Este es el componente más
importante de la taxonomía porque permite a los
médicos comunicarse entre sí.

43. CRITERIOS PARA CLASIFICAR LAS BACTERIAS
Crecimiento en medios de cultivo
Proliferación en diferentes tipos de medios de cultivo bacteriológico. El cultivo general de la mayor parte de las
bacterias exige un medio con abundantes nutrientes. Estos medios por lo general contienen agar, una fuente de
carbono, y un hidrolizado ácido o una fuente de material biológico sometida a degradación enzimática (p. ej., caseína).
A. Medios no selectivos
El propósito de estos medios es
cultivar tantas especies como sea
posible y generar, de esta manera,
numerosos tipos de colonias
bacterianas.
Ejemplos de medios de cultivo:
agar sangre y el agar chocolate
B. Medios selectivos
En vista de la diversidad de microorganismos que habitan en
algunos sitios (p. ej., la piel, el aparato respiratorio, el aparato
digestivo, la vagina), se utilizan medios selectivos para eliminar (o
reducir) el gran número de bacterias irrelevantes en estas muestras.
Inhiben de manera selectiva el crecimiento de las bacterias
irrelevantes.
• Azida de sodio: selecciona bacterias grampositivas entre las
gramnegativas
• Sales biliares (p. ej., desoxicolato sodico): selecciona bacterias
intestinales gramnegativas e inhibe las bacterias gramnegativas de
la mucosa y la mayor parte de las grampositivas.
• Colistina y ácido nalidixico: inhiben el crecimiento de numerosas
bacterias gramnegativas

44. Pruebas bioquímicas
Prueba de la oxidasa. Se utiliza un aceptor artificial de
electrones, permite distinguir entre las
Enterobacteriaceae y otros bacilos gramnegativos.
Catalasa. Se utiliza para diferenciar entre los cocos
grampositivos.
Catalasas negativas. Se utiliza para diferenciar especies
de estreptococos.
Catalasa

45. Pruebas inmunológicas: serotipos, serogrupos y serovariedades
La designación “sero” indica el uso de anticuerpos (policlonales o monoclonales) que reaccionan con estructuras
específicas de la superficie celular bacteriana, como los lipopolisacáridos (LPS), los flagelos o los antígenos capsulares.
Los términos “serotipo”, “serogrupo” y “serovariedad”, para fines prácticos, son idénticos; todos ellos utilizan la
especificidad de estos anticuerpos para subdividir a las cepas de una especie bacteriana.
Se han identificado más de 130
serogrupos de Vibrio cholerae
por sus diferencias antigénicas
en el polisacárido O de sus
lipopolisacáridos; sin embargo,
solo los serogrupos O1 y O139
se asocian a cólera epidémica y
pandémica.