Temas 2-4 (2017)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2017
Páginas 15
Fecha de subida 04/07/2017
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Tema 2-4. Estructura y funciones de los procariotas.
Introducción: - No tienen orgánulos, pero sí cuerpos de inclusión y ribosomas.
- El material genético no se encuentra delimitado por una membrana (no tiene núcleo), pero sí que se encuentra más o menos condensado en una zona del citoplasma formando el nucleoide (genoma bacteriano equivalente a un cromosoma) - Las células procariotas pueden tener estructuras como el flagelo o la cápsula.
- Las bacterias son células procariotas - E-coli -> ser vivo más estudiado Partes de la célula procariota: La célula procariota se compone de Membrana plasmática Pared celular Lámina s Cápsula Glicocálix A) Membrana plasmática: ➢ Constituida por una estructura conocida como mosaico fluido -> fosfolípidos (bicapa lipídica) con una parte hidrofóbica (parte hacia el interior) y otra hidrofílica (hacia el exterior, en contacto con H2O).
• Presencia de proteínas que pueden encontrarse No integradas pero “adheridas” a la membrana: proteínas periféricas Integradas en la membrana: proteínas transmembrana ➢ Funciones principales: + Barrera permeable (permeabilidad selectiva) -> previene fugas (que salgan contenidos internos) y funciona como una puerta para el transporte de nutrientes dentro y fuera de la célula.
+ Anclaje de proteínas -> lugar de muchas proteínas involucradas en el transporte, pueden ser bioenergéticas y quimiotáxicas (hacen que la bacteria se mueva hacia donde haya más o menos concentración de un componente): • Quimiotaxis: capacidad de las bacterias para moverse atraídas en un gradiente de concentración (de más a menos, aunque también puede ser en sentido contrario). Permite que una bacteria se dirija hacia la zona donde existe una mayor cantidad de sustancias alimenticias y se aleje del lugar en que cual hay elementos tóxicos.
+ atrayente + repelente • Transporte • Bioenergía + Conservación de la energía -> sitio de generación y uso de la fuerza motriz de protones. Se produce una reserva de protones que tendrán función energética, ya que participan en el transporte de sustancias hacia el interior de la célula. (Tiene la capacidad de mantener cargas separadas –> citoplasma -, exterior celular +) + Captar nutrientes para la célula ➢ Transporte a través de la membrana: + Transporte Pasivo: a favor de gradiente ([+] ⟶[-]) , no consume energía.
Por difusión..
a través de la membrana y de los poros  Difusión pasiva -> a través de la membrana, permeabilidad. Si la sustancia es muy pequeña y no le hace falta unirse a una proteína ni nada  Difusión facilitada -> a través de proteínas (permeasas) y canales.
 Ejemplos de transporte simple en E.coli: 1.
UNIPORT: utilización de un canal 2.
ANTIPORT: es necesario que salga una molécula en contra de gradiente para que entre una a favor. (H+/Na+) 3.
SIMPORT: entran dos moléculas juntas (h+/lactosa) + Transporte Activo: en contra de gradiente ([-] ⟶[+]), consume energía.
Las bacterias normalmente viven en medios con pocos nutrientes y por tanto en su interior hay mayor concentración que en el exterior, por este motivo, introducir los nutrientes les cuesta y han de emplear energía.
• Transporte Simple: la sustancia pasa a través de permeasas, pero utilizando un gradiente de (H+) Anión sólido Otra sust.
• Translocación de grupos: utiliza una proteína transmembrana, para fosforilar la molécula (esta queda modificada y consecuentemente, se gasta ATP).
El esfuerzo hace que la sustancia incorpore un grupo fosfato, quedando fosforilada y produciéndose un cambio en la estructura molecular (cambio conformacional).
• Sistema ABC (transportadores de tipo ABC- de tres componentes): proteínas ABC. ATP-Blinding-Cassete.
Sistema de proteínas y enzimas que transportan sustancias en contra de gradiente.
Tres moléculas: un canal, una proteína que se une con la molécula en el exterior y una proteína al interior que consumirá energía y hace que pase.
Actúa como una bomba.
Necesita que otra proteína se acople a la proteína transmembrana y se produce la hidrólisis de una molécula de ATP.
Normalmente este transporte es donador de nutrientes desde el exterior hacia el interior, pero también puede suceder al revés. (Ejemplo: como mecanismo de resistencia atraen ATB).
Hay tres proteínas implicadas: 1.
La que se acerca a la MB externa 2.
La que la traspasa (transmembranal) 3.
La que canaliza la reacción (MB interna) y realiza el consumo de energía.
B) Pared celular ➢ Se encuentra prácticamente en todas las bacterias.
➢ Estructura rígida (da la forma a la bacteria) y exterior a la membrana.
➢ Constituida básicamente por peptidoglicano + Peptidoglicano: Es común en todos los procariotas (con excepciones).
Tiene una estructura variable.
Es diferente del de las eucariotas con pared celular (hongos y vegetales, en estos casos, la pared está constituida por quitina y celulosa respectivamente).
Polímero de 2 AA que forman cadenas largas -> N-Acetil-Glucosamina (NAG) N-Acetil- Murámico (NAM) Cadenas quedan enlazadas por puentes peptídicos: Tetrapéptido (unido al NAM) Pentapéptido (unido a las dos cadenas) ➢ Funciones: + Dar forma a la célula + Protege la célula pH Presión osmótica Osmosis (muchos antibióticos actúan en la pared celular para matar la bacteria) + Diana de muchos antibióticos TINCIÓN DE GRAM (tinción clásica de microbiología) - Combinación de tinción y contratinción.
- En 1884, Christian Gram observó que si aplicaba un proceso de tinción, podía contemplar la forma de las bacterias (bacilos, cocos) y ver que algunas se teñían de color azul y otras de rosa.
- Esto nos indica que existen dos tipos de bacterias según la cantidad de peptidoglicano que tengan en su pared celular:  Gram positivas -> Azules  Gram negativas-> Rosas - Proceso: a) Bacteria sin teñir b) Tinción con violeta de genciana. Todas las bacterias se tiñen de azul.
c) Se añade Lugo que actúa de fijador.
d) Decoloración con alcohol-acetona. Las Gram- pierden el color debido a que su capa de peptidoglicano es más fina y que su membrana externa tiene poros. Las Gram+ retienen la tinción gracias a la gran capa de peptidoglicano de su pared.
e) Tinción de contraste (contratinción) con fucsina. Sólo se tiñen las Gram- de color fucsia.
- Las bacterias Gram+ se tiñen de lila, mientras que las Gram- lo hacen de magenta.
- Las bacterias Gram+ y las Gram- se diferencian en que tienen una estructura diferente de la pared celular: - La estructura de la pared celular tiene repercusión en su funcionamiento; los antibióticos son diferentes en gram+ y en gram- (tienen patrones de resistencia diferentes) - Las diferencias se pueden observar con el microscópico electrónico.
GRAM+ GRAM- Membrana plasmática Pared celular muy grande de Fina capa de peptido + membrana exterior -> peptidoglicano.
pared celular Además tienen: - Cadenas de ácido ** La unión entre la membrana externa y el lipoteicoico integradas en la peptidoglicano se hace mediante lipoproteínas.
membrana plasmática y en el peptidoglicano.
- Ácido teicoico que solo se encuentra adherido a la pared Los ácidos tipo teicoicos -> son el factor de adherencia a la superficie: - Tienen afinidad con peptidoglicano microbianos - Sirven para reconocer la célula hospedadora, a través de una unión específica.
- Se utilizan en la homeostasis de cationes - Participan en la división celular - Pueden ser autolíticos Los ácidos teicoicos -> actúan como Ag de superficie y pueden ser un punto de unión con bacteriofagos La membrana externa está formada por: - La cara externa de la membrana está formada por lipopolisacáridos y las caras internas por fosfolípidos - Lipopolisacáridos: respuesta inmunológica.
Tres partes bien diferenciadas: (Ag 0/Cadena 0 – altamente variable muy antigénica indice o estimula la respuesta inmune Core: parte central Lípido A: actúa como una endotoxina que se libera en la lisis celular) - Porinas: proteínas transmembrana implicadas en el transporte Son canales de entrada y salida de moléculas hidrofílicas.
Hay dos tipos: • Específicas • Inespecíficas Muchas son trímeros que forman canales (poros de difusión) de 1 nm de diámetro.
La porina más grande conocida puede atravesar moléculas de 5000 d.
Tienen mecanismos que controlan la apertura y el cierre del canal.
Entre la pared celular y la membrana Espacio periplásmico: situado entre la membrana plasmática se encuentra un espacio externa y la más interna.
periplásmico mucho más pequeño En él hay proteínas que en las gram- ** Protoplasto. Experimento (igual para las Gram+ y las Gram-) (Las Gram+ se ven mejor): a) Medio no isotónico: Lisoenzima + Gram+ -> Lisoenzima se come la pared celular -> entra agua, porque la concentración es menor dentro, (por difusión pasiva), para equilibrar las concentraciones --> explota el protoplasto b) Medio isotónico: No hay necesidad de igualar las concentraciones -> protoplasto no explota ➢ RESUMEN DE LAS FUNCIONES DE LA PARED CELULAR: a) Dar forma a la célula b) En gram positivas: b.1) los ácidos teicoicos y lipoteicoicos -> i.
Adherencia ii.
Afinidad con microorganismos iii.
Punto de unión con bacteriofagos iv.
Reconocimiento de células hospedadoras (receptores de las CL eucariotas) v.
División celular vi.
Autolisis vii.
Homeostasis de cationes viii.
c) Antígeno de superficie En gram negativas: C.1) Lípido A – endotoxina (se libera al medio y produce enfermedades) C.2) Cadena 0 – antígeno C.3) Porinas – transporte de sustancias (canales de entrada y salida de moléculas hidrofílicas) d) Proteger a la célula de la presión osmótica: Si degradamos el peptidoglicano, tenemos una bacteria sin pared celular.
Se preparamos dos medios con diferentes concentraciones de solitos y lisoenzimas (degradan el peptidoglicano y por tanto, la pared), e introducimos en cada uno una bacteria, obtenemos: 1.
Medio no isotónico (hipotónico): al tener más concentración de solutos en el interior de la célula que en el medio, el agua se introduce en la célula para igualar concentraciones. Consecuentemente, se produce la lisis de la célula 2.
Medio isotónico: al haber la misma concentración de solutos en el interior que en el exterior de la célula, esta no se lisa. Puede continuar viviendo.
Cuando la célula pierde su pare celular de forma total se denomina protoplasto (GP) y cuando la pierde parcialmente esferoplasto (GN, ya que conservan la membrana externa) C) Lámina s D) Cápsula: ➢ Elemento opcional ➢ Se encuentra por fuera de la pared celular ➢ Estructura polisacárida (formada por azúcares) ➢ Producto de síntesis celular exportado facultativamente -> se sintetiza en el interior de la célula para ser excretada al exterior de manera facultativa.
➢ Capacidad antigénica (Ag K) -> genera mucha respuesta inmunológico (gracias a la estructura de polisacáridos) ➢ Factor de virulencia: actividad antifagocitaria ➢ No se puede teñir ** No se puede transmitir en un plásmido (¿?) ➢ Funciones: 1.
Protección frente a detergentes y a la desecación.
2.
Capacidad antifagocitaria: las bacterias con cápsula son más patogénicas, ya que la cápsula tiene actividad antifagocitaria y eso las hace más virulentas. Esta capacidad la tienen gracias a que los receptores que reconocen los macrófagos se encuentran por fuera de la cápsula.
Para observar la cápsula al microscopio hay que tener el medio líquido y la bacteria con tinta china. Lo que no se va a teñir son las cápsulas.
E) Glicocálix: ➢ Hay bacterias que no tienen cápsula, pero sí glicocálix o bien tienen ambos elementos.
➢ Se encuentra por fuera de la pared celular ➢ Síntesis extra celular a partir de substrato extracelulares: las exoenzimas se expulsan fuera de la célula, utiliza los sustratos extracelulares para sintetizarlo todo fuera.
➢ Formado por azúcares ➢ Regulado por exoenzimas bacterianas ➢ Funciones: 1.
Facilita la adhesión a estructuras: ej.: caries dental 2.
Dificulta el acceso de anticuerpos.
3.
Retiene humedad y nutrientes, por tanto tiene una función de reserva.
** Flagelos: - Función: movilidad -> órganos de movilidad de las bacterias.
- No es común a todas las bacterias - Estructura proteica compleja (estructura fibrilares proteicas)  Agregado de subunidades de flagelina: proteína globular que forma un cilindro vacío. Se sintetiza en el interior de la célula y recorre el interior de la espiral, la zona vacía, hasta el extremo (el crecimiento del flagelo es polimerizante)  Estructuras que lo anclan a la membrana celular a través del cuerpo basal: • Anillo M (fija) • Anillo S (móvil, rotación) • Codos • Las gram- tienen también anillos L y P, que aportan estabilidad al flagelo  el Las proteínas que se encuentran entre anillo M y el S (proteínas MOT) generan energía a través de un gradiente de protones; esta energía se utiliza para mover el flagelo.
(Son diferentes en gram+ y en gram-) - Tipos según su localización:  Polar monotrica  Polar lofotrica  Polar anfitrica  Peritrica - Según la medida de la quimitaxis: El movimiento de la célula puede ser al azar o no. Sin embargo, no lo será cuando se trate de quimiotaxis (capacidad que tienen para acercarse o alejarse de alguna sustancia – atrayente, repelente o neutro).
La quimiotaxis se debe a unos receptores de la célula, no al flagelo. Las bacterias se ponen en un medio líquido y mantenemos un tubo abierto con un medio de cultivo (cada tubo contiene una sustancia diferente).
 Sustancia nutritiva para la bacteria (que la utiliza) Sustancia atrayente  Sustancia repelente  Sustancia de control -> homogeneización (= número de bacterias fuera y dentro).
** Cuerpos de inclusión: acumulación de determinadas sustancias en el interior de las bacterias que forman inclusiones.
No son orgánulos.
No están rodeados por una membrana Tienen función de reserva Tipos:  PHA (polihidroxialcanoato): acúmulos de sustancias orgánicas de reserva de energía por biosíntesis. Útiles en metabolismo y biosíntesis.
 Glucógeno: se encuentra por todo el citoplasma, no acumulado en un punto concreto.
 Polifosfatos: reserva de energía  Gránulos de azufre: los acumulan, dentro (interior del citoplasma) o fuera, las bacterias fotosintéticas. Se utilizan para realizar la fotosíntesis.
 Vesículas de gas: se encuentran en bacterias acuáticas. Se trata de una membrana interna (normalmente de proteínas, rígida, permeable al gas, pero no al agua) que sirve a la bacteria para ascender o descender en una columna de agua.
Las bacterias acuáticas -> flotan al colocarse a una determinada altura; para conseguir luz, oxígeno o nutrientes.
Ejemplo: cianobacterias.
 Magnetosomas: acúmulos de magnética (FeO) o de Greitita (FeS). Sirven para orientarse en el campo magnético (magnetotaxia). En el hemisferio sur y en el norte se orientan de forma diferente.
** magnetotaxia: moverse en un campo magnético.
**Pilis y fimbrias: - Cumplen diferentes funciones:  Pilis --> vehiculizar el material gnéisico en la conjugación (Pilis sexuales) Comunes: para la adhesión a superficies.
 Fimbrias --> adhesión a receptores específicos de las mucosas y otras superficies.
- Son estructuras proteicas con forma tubular, vacías y rígidas, más cortas y finas que los flagelos..
- No aportan movimiento a la célula como el flagelo.
- Se encuentran adheridos a la membrana celular y atraviesan la pared celular.
- Se encuentran normalmente en gram- - Están formados por una proteína llamada piling - Tienen capacidad antigénica: con una respuesta inflamatoria.
** Esporas: - Son formas de resistencia. En condiciones adversas, algunos bacilos Gram+ tienen capacidad para formar esporas.
- Los bacilos Gram+ las hacen principalmente en el medio natural - Es una forma de diferenciación celular (la bacteria cambia su aspecto y se transforma en otra célula).
- Formadas por: Copia completa del material genético (para volver a adoptar la forma vegetativa) Algunos ribosomas Parte de sistemas enzimáticos (actuaran en la germinación) Citoplasma deshidratado Envolturas externas concéntricas (son las que dan resistencia al medio externo) - Tienen una gran resistencia a agentes físicos y químicos - Para que se formen tienen que darse unas condiciones, como la falta de agua y la falta de fuentes de C y/ N.
- Se encuentran en un estado de reposo metabólico - Tienen una forma circular u oval - Germinan cuando las condiciones mejoran - Disposición central/terminal/subterminal/terminal con el esporangio inflado - Partes de la espora Núcleo Córtez: formado por un tipo de peptidoglicano muy laxo Envolturas: diferentes capas de proteínas Exoespora: fina capa proteíca Bacillus ENDOESPORAS Clostridium - Formación de la espora 1.
Condensación del ADN: se realiza una copia del ADN o se condensa en el mínimo espacio posible.
2. Se produce una invaginación de la membrana y comienza a formarse una preespora 3. Queda formada la pre-espora (2 capas) 4. Se deshidrata el citoplasma 5. Se forma la exoespora y las capas proteicas que envuelven la espora 6. La espora madura 7.
Se produce una lisis celular y la espora queda liberada Cuando el córtex y la exoespora detectan que la situación exterior ha mejorado, la espora germina (el cótex y la exoespora se separan del núcleo y se produce una rehidratación).
** Formas diferenciadas: - Cianobacterias – que realizan la fotosíntesis oxigénica y además fijan nitrógeno (lo cual se tiene que hacer en condiciones anaerobias) De su filamento, algunas células se diferencian formando heterocistes (pared celular impermeable al O2). Célula diferenciada en las cianofitas implicada en la fijación de nitrógeno y la formación de hormogonios.
- Las bacterias filamentosas también tienen cierta diferenciación celular - Micobacterias = bacterias que forman cuerpos fructíferos.
Viven en el suelo devorando materia orgánica.
En determinadas condiciones generan cuerpos fructíferos • Cuerpos fructíferos: + emergen del suelo + pueden ser grandes + están constituidos por muchas células (aunque no se consideran pluricelulares-organismos unicelulares juntos para una mayor resistencia) + realizan diferentes funciones + no todas las células son iguales ^ células que forman el tallo ^ células extremo -> generan esporas y se liberan.
...

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