MICROBIOLOGIA TEMA 5 (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biotecnología - 2º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2014
Páginas 5
Fecha de subida 17/11/2014
Descargas 8
Subido por

Vista previa del texto

        MICROBIOLOGIA   2º  CURS  DE  BIOTECNOLOGIA                                             BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCARIOTES      TEMA  5.  INCLUSIONS  CEL·∙LULARSI  FORMES  DE  DIFERENCIACIÓ     5.1  Inclusions  cel·∙lulars     Els   grànuls   o   altres   inclusions   són   presents   sovint   en   les   cèl·∙lules   procariotes.   Les   inclusions   cel·∙lulars   són   grànuls   de   material   orgànic   o   inorgànic   que   són   emmagatzemats   per   la   cèl·∙lula   pel   seu   futur   ús.   Emmagatzemar   carboni   o   altres   substàncies   en   una   inclusió   insoluble   confereix   un   avantatge  a  la  cèl·∙lula  perquè  redueix  l’estrès  osmòtic  que  es  trobaria  si  la  mateixa  quantitat  de   substància  es  trobés  dissolta  al  citoplasma.     Alguns  estan  envoltats  per  una  monocapa  de  membrana:     -­‐ Les  membranes  varien  en  composició   -­‐ Algunes  estan  compostes  de  proteïna  i  d’altres  contenen  lípids   -­‐ Ex:  grànuls  de  PHB  (polihidroxibutirat),  alguns  de  glicògen,  de  S,  carboxisomes  i  vacuoles   de  gas.   Funcions:   -­‐ -­‐ -­‐ Energia   Dipòsits  de  precursors  per  a  components  macromoleculars   Vesícules  de  gas   Cossos  d’inclusió  orgànics   Glicogen   És   un   polímer   de   glucosa,   que   actua   com   a   magatzem   d’energia   i   carboni.   Aquest   tipus   de   cos   d’inclusió  es  produeix  quan  el  carboni  està  en   excés  en  l’ambient,  i  és  consumit  quan  el  carboni  és   limitat  en  l’ambient.   Poli-­‐beta-­‐hidroxibutirat  (PHB)     Una  dels  cossos  d’inclusió  més  comuns  és  el  poli-­‐beta-­‐hidroxibutirat,  un  lípid  que  esta  format  per   unitats   d’àcid   beta-­‐hidroxibutríric,   que   funciona   com   a   reservori   per   a   ambients   poc   nutritius.   El   terme   genèric   poli-­‐beta-­‐hidroxialcanoats   (PHA)   s’utilitza   sovint   per   descriure   aquesta   classe   de   polímers   d’emmagatzematge   de   carboni.   En   aquet   cas   el   poli-­‐beta-­‐hidroxibutirat   és   un   polihidroixalcanoat  de  cadena  curta,  però  existeixen  també  PHA’s  de  cadena  mitjana  i  llarga.     Ex:  Bacillus  cereus  sota  algunes  condicions  de  cultiu.   Grànuls  de  cianoficina     Els   grànuls   de   cianoficina   són   polipèptids   d’arginina   i   àcid   aspàrtic   (   que   contenen   la   mateixa   quantitat   d’argenina   que   d’àcid   aspàrtic),   que   actuen   com   a   font   de   N   en   ambients   pobres   en   aquest  nutrient.  Els  cianobacteris  són  un  exemple  de  microorganismes  que  els  presenten.           BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCARIOTES      TEMA  5.  INCLUSIONS  CEL·∙LULARSI  FORMES  DE  DIFERENCIACIÓ     Carboxisomes       Els   carboxisomes   són   inclusions   cel·∙lulars,   presents   en   bacteris   fotosintètics   (com   el   cianobacteris),   que  contenen  l’enzim  ribulosa-­‐1,5-­‐bifosfat  carboxilasa  (abreujadament  rubsico),  utilitzat  en  el  cicle   de  Calvin  per  a  la  fixació  del  CO2.     Grànuls  polifosfat     Molts   microorganismes   acumulen   fosfat   inorgànic   (PO43-­‐)   en   la   forma   de   grànuls   de   polifosfat,   formant  polímers  lineals  de  fosfat.  Aquests  grànuls  es  poden  degradar  i  servir  com  a  font  de  fosfat   per  al  a  síntesi  d’àcids  nucleic,  fosfolípids  i  en  alguns  casos  per  a  la  síntesi  de  components  rics  en   energia   com   l’ATP.   En   alguns   ambients   el   fosfat   és   un   nutrient   limitant,   i   quan   es   troba   en   excés   és   beneficiós  poder  emmagatzemar-­‐lo  com  a  orgànuls  de  polifosfat  per  al  seu  futur  ús.     Aquests   orgànuls   són   anomenats   també   orgànuls   metacromàtics   (presenten   coloració   vermellosa).   Exemples   de   microorganismes   que   presenten   aquests   orgànuls   trobem   Corynebacterium   sp.,   Mycobacterium  sp.     Grànuls  sofre     Una   gran   quantiat   de   bacteris   gramnegatius   poden   oxidar   els   composts   de   sofre   reduït,   com   el   sulfur   d’hidrogen   (H2S).   L’oxidació   de   sofre   reduït   està   lligat   amb   l’energia   de   reaccions   metabòliques  o  la  fixació  del  CO2.  En  qualsevol  cas,  l’element  sofre,  es  pot  acumular  a  la  cèl·∙lula  i   romandre-­‐hi  tant  de  temps  com  la  font  de  sofre  reduït  de  la  que  deriva  hi  és  present.  Tanmateix,   quan   la   font   de   sofre   reduït   disminueix   i   passa   a   ser   limitant,   el   sofre   en   els   grànuls   és   oxidat   en   forma  de  sulfat.     Magnetosomes     Alguns   bacteris   són   capaços   d’orientar-­‐se   a   l’espai   dins   d’un   camp   magnètic,   perquè   contenen   magentosomes.   Aquestes   estructures   intracel·∙lulars   estan   formades   per   ferro   en   forma   de   magnetita  (Fe3O4).   Inclusions  funcionals   Vesícules  i  vacuoles  de  gas   En   procariotes   planctònics,   és   a   dir,   que   viuen   surant   en   una   columna   d’aigua   de   llacs   i   oceans,   poden   flotar   gràcies   a   la   presència   de   vesícules   de   gas.   Exemples   com   cianobacteris,   bacteris   fotòtrofs  vermells  i  verds,  no  autòtrofs  i  alguns  arquees.  Però  és  absent  en  eucariotes.   Estructura  general  vesícules  de  gas   Les   vesícules   de   gas   són   estructures   fusiformes   plenes   de   gas   i   fetes   de   proteïnes.   Són   estructures   buides   i   rígides   amb   una   longitud   i   diàmetre   variables.   Estan   compostes   per   dues         BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCARIOTES      TEMA  5.  INCLUSIONS  CEL·∙LULARSI  FORMES  DE  DIFERENCIACIÓ     proteïnes  diferents  que  es  disposen  formant  una  retícula  que  només  és  permeable  a  gasos  (i   per   tant   impermeable   a   l’aigua   i   els   soluts).   La   seva   funció   és   la   de   disminuir   la   densitat   cel·∙lular  (  per  augmentar-­‐ne  la  flotabilitat  cel·∙lular)     5.2  Formes  de  diferenciació   5.2.1  Endòspores   Certes   espècies   de   bacteris   produeixen   unes   estructures   de   resistència   anomenades   endòspores   durant   el   procés   anomenat   esporulació.   Les   endòspores   són   cèl·∙lules   altament   diferenciades   i   extraordinàriament   resistents   a   la   calor,   la   dessecació,   la   radiació   i   agents   químics.   Són   estructures   altament   deshidratades   (El   factor   més   important   en   la   resistència   a   la   calor  és  la  quantitat  i  l’estat  de  l’aigua  dins  de  l’endòspora),  es  troben  als  sòls  i  només  presents   en  alguns  bacteris  grampositius.     Les   endòspores   es   poden   pensar   com   un   estadi   dormant   del   cicle   de   vida   bacterià:   cèl·∙lula   vegetativa  à  endòspora  à  cèl·∙lula  vegetativa  =  repòs.     Durant  la  seva  formació,  una  cèl·∙lula  vegetativa  es  converteix  en  una  estructura  resistent  a  la   calor   que   no   creix.   Les   cèl·∙lules   no   esporulen   quan   es   troben   activament   en   creixement,   sinó   només  quan  el  creixement  disminueix  degut  a  l’esgotament  d’un  nutrient  essencial.  Durant  la   fase   d’endòspora   la   cèl·∙lula   es   capaç   d’aturar   el   seu   metabolisme,   i   per   això   no   s’observa   ni   detecta  cap  activitat  metabòlica.     Cicle   de   vida   d’un   bacteri   formador   d’endòspores   (és   més   freqüent   en   grampositius   que   en   gramnegatius):       http://trishul.sci.gu.edu.au/courses/2008BPS/img96.jpg         Aquestes   cèl·∙lules   diferenciades   poden   mantenir-­‐se   en   aquest   estadi   durant   anys,   i   poden   tornar   a   l’estat   vegetatiu   ràpidament,   amb   el   procés   d’activació,   germinació   i   creixement.   L’activació   es   produeix   quan   les   endòspores   són   escalfades   durant   uns   minuts   a   una   elevada,   però  subletal,  temperatura.         La   seva   funció   principal   és   la   d’actuar   com   a   estructures   de   supervivència   a   condicions   adverses   de   creixement   com   temperatures   extremes,   dessecació,   limitació   de   nutrients,   etc…   Les  endòspores  estan  produïdes  només  per  pocs  gèneres  com:         BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCARIOTES      TEMA  5.  INCLUSIONS  CEL·∙LULARSI  FORMES  DE  DIFERENCIACIÓ       -­‐ -­‐   Bacillus  inclòs  anthracis  (àntrax)  i  cereus    (~5%  intoxicacions  alimentàries) Clostridium   inclòs   tetani   (tètanus),   perfringens   (gangrena),   i   botulinum   (botulisme:   intoxicacions  alimentàries) Estructura  de  l’endòspora   L’estructura   de   l’endòspora   és   diferent   a   la   que   s’observa   en   la   cèl·∙lula   vegetativa.   En   partícula,   són   estructures   més   complexes,   en   el   fet   que   presenten   moltes   capes   absents   en   la   cèl·∙lula   vegetativa.   La   membrana   més   externa   s’anomena   exospori,   en   el   seu   interior   hi   trobem   la   cutícula,   i   sota   d’aquesta   hi   trobem   el   còrtex.   A   l’interior   d’aquest   hi   ha   la   paret   nuclear,   la   membrana   citoplasmàtica,   el   citoplasma,   el   nucleoide   els   ribosomes   i   altres   estructures   essencials  per  a  la  cèl·∙lula.     http://trishul.sci.gu.edu.au/courses/2008BPS/img95.jpg     Una  substància  característica  de  les  endòspores,  i  absent  en  les  cèl·∙lules  vegetatives,  és  l’àcid   dipicolínic,  que  s’acumula  al  nucli.  Les  endòspores  també  estan  enriquides  amb  calci  (Ca2+),  la   major   part   del   qual   està   acomplexat   amb   l’àcid   dipicolínic   formant   l’anomenat   dipicolinat   càlcic,   que   respresenta   el   10   %   en   pes   sec   de   la   cèl·∙lula   i   funciona   atrapant   l’aigua   lliure   dins   de   l’endòspora,  ajudant  a  deshidratar-­‐la.  També  pot  intercalar-­‐se  al  DNA  estabilitzant-­‐lo  contra  la   desnaturalització  per  calor.   Nucli  de  l’endòspora  i  les  petites  proteïnes  àcid  solubles  (SASP)   A  més  a  més  dels  alts  nivells  de  dipicolinat  càlcic,  el  nucli  redueix  molt  el  seu  contingut  d’aigua   durant   l’esporulació.   També   conté   alts   nivells   de   SASP,   aquestes   proteïnes   són   produïdes   durant  l’esporulació  i  tenen  com  a  mínim  dues  funcions.  La  primera,  unir-­‐se  fermament  al  DNA   protegint-­‐lo   de   la   dessecació,   radiació   ultravioleta,   i   la   calor   seca.   La   resistència   als   raigs   ultravioleta   és   confereix   quan   les   proteïnes   SASP   canvien   l’estructura   molecular   del   DNA,   passant  de  la  conformació  B  a  la  conformació  més  compacta  A  que  resisteix  millor  la  formació   de  dímers  per  la  radiació  UV.  A  més  a  més,  les  SASP  també  serveixen  com  a  font  de  carboni  i   energia  per  a  la  germinació  d’una  nova  cèl·∙lula  vegetativa.   ...