Citología y morfología bacteriana

Esquema• Microorganismos, qué son?.• Tamaño y forma• Diferentes formas de organización celular• Pared (gram +, gram-, Archaea)• Membrana.• Citoplasma y genoma. • Estructuras típicas:

– Fimbrias, pili, flagelo, endoesporas, inclusiones citoplasmáticas, cápsula.

• Diferencias entre Bacteria, Archaea y Eucarya.

PROCARIOTAS

CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS

TIPOS CELULARES DOMINIOS* (Woese et al.,1990)

TIPOS ORGANISMOS REINOS (Whittaker, 1969)• PROCARIOTA 1. BACTERIA :BACTERIAS COMUNES

(EUBACTERIAS)1. CIANOBACTERIAS (algas verde-azules)

2. ARCHAEAMICROBIOS EXTREMÓFILOS** (ARQUEOBACTERIAS): hipertermófilos, psicrófilos, halófilos, acidófilos, alcalinófilos, termoacidófilos, metanógenos

MONERA

Archaea (Archaebacteria

• Células Prokariotas. Al contrario de Bacteria y Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono ramificadas unidas al glicerol por uniones de éter y tienen una pared celular que no contiene peptidoglicano. Mientras que no son sensibles a algunos antibióticos que afectan a las Bacterias, son sensibles a algunos antibióticos que afectan a los Eukarya. Los Archae tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Bacterias y Eukarya. Viven a menudo en ambientes extremos e incluyen a los metanógenos, halófilos extremos, y termoacidófilos.

Bacteria (Eubacteria)

• Las Bacterias son células Prokariotas. Como los Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Tienen una pared celular conteniendo peptidoglicano, son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales, y tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Archaea y Eukarya. Incluyen a mycoplasmas, cyanobacteria, bacterias Gram-positivas, y bacterias Gram-negativas.

Eukarya (Eukaryota)

• Los Eukarya (escrito también Eucaria) son Eukariotas. Como las Bacterias, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Si tienen pared celular, no contiene ningún peptidoglicano. No son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales y tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferente de Bacterias y Archaea. Incluyen a protistas, hongos, plantas, y animales.

TAMAÑO: célula eucariota versus célula procariota

Tamaños

Formas

cocos bacilos espirilos

FORMA DE LAS BACTERIAS

Haloquadra walsbyi

Area de superficie vs. volumen

Tamaño pequeño intercambio más eficiente, permite mayor velocidad metabólica

Estructura celular

Pared celular

• Bacteria: – Gram positivo– Gram negativo– Sin pared

• Archaea: – Diversas estructuras– Sin pared

Funciones de la pared

• Rigidez (mantener la forma, evitar la lisis).

• Comunicación con el medio exterior.• Puede estar involucrada en

patogenicidad (LPS: lipopolisacáridos)

• Barrera para algunas moléculas. • Espacio periplásmico (enzimas de

transporte, hidrolíticas, etc.)

Formación de Protoplastos

Alta concentración de solutos

Baja concentración de solutos

Lisozima -- proteína que rompe el enlace glicosídico 1-4 en el peptidoglicano

Gram + Gram-Bacteria

MUREÍNA O PÉPTIDO-GLICANOCompuesto químico característico de bacterias.

Estructura del Peptidoglicano

Pared Celular Gram Positiva

Acidos Teicoicos

Polisacáridos ácidos de paredes de Gram positivosUnidos covalentemente al peptidoglicano(OH del C6 de NAM)

Atraviesan la pared y alcanzan la superficie de la bacteria

Unión hidrofóbica a la membrana celular

Otros compuestos químicos característicos de la pared de

Gram+• Ácidos teicurónicos

• Ácidos micólicos

Membrana Externa de Gram Negativos

Porinas - proteinas que permiten el pasaje de moléculas pequeñas a través de la membrana -- específicas e inespecíficas

Lipopolisacárido (LPS)

Solo en bacterias Gram negativas Parte de la membrana externa

Lipopolisacárido (LPS)• Lípido A (NAG-P + grupos acilos) • Núcleo del polisacárido

– contiene KDO (cetodesoxioctonato) otros carbohidratos (ramnosa, ácido galacturónico)

– usualmente específico de especies • O-antigeno

– número de repeticiones variables – también contiene carbohidratos – específico de cepa

• A menudo tóxico para animales - endotoxina• Crea superficies densamente hidrofílicas

• Algunas bacterias no poseen pared

• Mycoplasma, Chlamydia.

• Membrana celular mas gruesa pueden tener esteroles y lipoglicanos.

• Pleiomórficos

Pared celular de Archaea

• No contiene peptidoglicano• Puede ser de

– pseudopeptidoglicano (pseudomureina) tiñe G+

– pseudomureina cubierta de proteina,tiñe G+– monocapa superficial de proteina o

glicoproteina, sin pseudomureina (alg halófilos, alg.metanogénicos y termoacidófilos) tiñe G-

• Existen Archaea sin pared

Funciones de la pared

• Rigidez y resistencia osmótica (mantener la forma, evitar la lisis).

• Comunicación con el medio exterior.• Puede estar involucrada en

patogenicidad (LPS)• Barrera para algunas moléculas

(porinas en gram negativos). • Espacio periplásmico (enzimas de

transporte, hidrolíticas, etc.)

Cómo se sintetiza la pared?

Síntesis de Peptidoglicano

•Bactoprenol (C55 alcohol isoprenoide) -- carrier lipídico que transporta el disacáride pentapeptido del citoplasma al periplasma y lo inserta en la pared celular en crecimiento•La transpeptidación, es inhibida por penicilina

Transpeptidación

Inhibido por la penicilina G.

Síntesis de peptidoglicano: transpeptidación

Inhibido por la penicilina G.

Síntesis de la pared celular

La pared celular se abre por autolisinas y se deposita nuevo péptidoglicano

Estructura:• Bicapa fosfolipídica con proteínas

embebidas; puede contener también hopanoides de estructura similar al colesterol.

• En Archaea, éteres de alcohol isoprenoide, algunas forman monocapas.

La membrana celular

Estructura de la Membrana Citoplasmática

Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen diferentes

enlaces químicosEster - Bacteria Eter - Archea

Funciones de Membrana Citoplasmática

• Barrera de Permeabilidad– sólo moléculas pequeñas, sin carga,

hidrofóbicas, pueden atravesar la membrana por difusión.

• Ancla de Proteínas – transporte, generación de energía, quimiotaxis

• Generación de fuerza proton motriz En fototrofas: Intracitoplasmáticas, soportan el

aparato fotosintético(Vesículas, túbulos, tipo tilacoides)

• Síntesis de pared, y estructuras extracelulares.

Membrana citoplasmática de E.

coli

Estructura celular procariota - DNA• No tiene membrana nuclear. El DNA está en el citoplasma:

“nucleoide” : zona que ocupa el DNA.

• Es haploide. Genoma: una única molécula de DNA de doble cadena, circular.

• El genoma contiene 1 - 6 x 106 pares de bases (bp) en procariotas de vida libre; 1000-5000 genes

• No contiene histonas.

• Puede contener otros elementos genéticos no indispensables para la vida: plásmidos y genomas fágicos.

Procariotas

• No tienen membrana nuclear.

– No hay procesamiento del ARNm

– La transcripción está ligada a la traducción.

Tamaño del Genoma

DNA Cromosomal

Citoplasma

• Proteínas (enzimas, complejos enzimáticos, estructurales)

• Ribosomas (70S (Sverdberg): 55 proteínas, rRNA 5S, 16S, 23S)- polisomas

• mRNA, tRNA• Otras macromoléculas, solutos• Sin estructura visible al microscopio• No tienen citoesqueleto.

Estructuras características

• Estructuras con funciones específicas.• No todos los microorganismos las

tienen.• Son características de género y especie

(taxonomía)• Ejemplos:

– fimbrias, flagelo, pili, endoespora, cápsula, inclusiones citoplasmáticas

FlagelosFlagelos

• Apéndices filamentosos helicoidales.

• Movilidad bacteriana.• Presentes solo en

bacilos.• Formado por: cuerpo

basal, un gancho y un filamento externo (flagelina).

• Buenos inmunógenos.• Antígenos flagelares se

denominan antígenos “H”.

… … flagelosflagelos

• Disposición:– Peritrica, Monotrica,

Lofótrica y Anfitrica• Rotacion:

– Rotación de anillos en el cuerpo basal.

– Rotación antihoraria, movimiento hacia adelante:corridas.

– Rotación horaria ,cese del movimiento hacia adelante: vueltas

– Corridas/ Vueltas controladas por quimioatrayentes y repelentes

Fimbrias o pili

• Microfibrillas parecidas a pelos que rodean ha algunas Gram (-).

• Constituidas por el ensamblaje de una proteína estructural “pilina”.

• Posee propiedades de adhesina.• Fimbrias tipo 1, que se adhieren a residuos

de manosa.

… Pili sexualPili sexual

• Son mas largos.• 2 – 3 por célula.• Se comportan

como adhesinas.• Intercambio

génico entre bacteriasCONJUGACION

ExopolisacáridosExopolisacáridos

• Cubierta de naturaleza polisacarida que rodea un bacteria.

• Sintetizados en MC., atraviesan PC y se establecen afuera.

• Se clasifican en:– Capsula.– Glicocalix.

… … CápsulaCápsula• Sustancia mucosa o viscosa.• Unión firme a las bacterias• Rígidas• Protegen a las bacterias de la fagocitosis.• Factor de virulencia.• Poseen los antígenos capsulares “k”.• Debido a estructura fibrilar hidratada, no

se tiñen con tinciones habituales.• Tinción negativa o Tinta china.

… … GlicocalixGlicocalix

• Es Flexible• Participa en la formacion de biopeliculas.• Forma colonias rodeadas de glicocalix.• Protegen de fagocitosis o accion de

antimicrobianos.

EsporaEspora

• Dos géneros: Bacillus sp. y Clostridium sp.

• Se originan dentro de la célula vegetativa.

• Se libera por lisis celular.

• Se produce en condiciones adversas.

• Forma muy resistente (dipicolinato de calcio y deshidratación).

• Morfología– Apariencia birrefringente.

• No se tiñe con colorantes habituales

– Esférico u oval– Diámetro: de 0.2 a 2.0 µ– Deformante ( Clostridium ) No deformante

( Bacillus )

Fromación de esporas

A- el ADN se duplica y enrolla alrededor del eje central (filamento axial)

B- Uno de los cromosamas se rodea de membrana plasmática.

C- el protoplasto es rodeado por la célula madreD- se sintetizan las cubiertas de la espora.E- se elimina agua, se forma estructura resistente al calor.F- se libera la espora por lisis de la célula madre.En B. subtilis 6-7 horas, 50 genes.

DIFERENCIAS CEL. VEGETATIVA VS. DIFERENCIAS CEL. VEGETATIVA VS. ENDOSPORASENDOSPORAS

Característica Célula vegetativa

Endoespora

Contenido de Calcio

bajo alto

Pequeñas proteínas

solubles en ácido

ausentes presentes

Contenido de agua 80-90% 10-25%

pH citoplasma 7 5.5-6

Actividad enzimática

elevada baja

Metabolismo elevado Bajo o ausente

Resistencia: calor, radiación,

compuestos químicos

baja elevada

Sensibilidad lisozima

Sensible Resistente

Inclusiones citoplasmáticas

• Algunas bacterias tienen estructuras internas– gránulos de almacenamiento -

polifosfato,azufre, polihidroxibutirato (PHBs)– vesículas de gas – flotación– Carboxisomas, clorosomas.

Inclusiones citoplasmátic

as

Organismos donde se

encuentran

Composición Función

Glicógeno Varias bacterias (E. coli)

poliglucosa Reserva de C y energía

PolihidroxiButirato

Varias bacterias (Pseudomonas)

Polímero de dihidroxibutirato

Reserva de C y energía

Polifosfato Varias bacterias (Corinebacterium)

Polímeros de fosfato

Reserva de fosfato

Gránulos de S Fotótrofas del SLitótrofas del S

S elemental Reserva de S

Vesículas de gas

Bacterias acuáticas

Estructura proteica

flotación

Magnetosomas Algunas bacteris acuáticas

Magnetita Fe3O4

Orientación en campo magnético

Carboxysomas Bacterias autotróficas

Enzimas fijación de CO2

Fijación de CO2

Chlorosomas Bacterias verdes Lípidos, proteínas

bacterioclorofila

Captura de la luz

Diferencia entre la estructura celular de Bacteria, Archaea y Eucarya

Propiedad Bacteria Eucarya Archaea

Membrana nuclear

NO SI NO

Organelos NO SI NO

Tamaño ribosoma

70S 80S 70S

Peptidoglicano en la pared

SI NO NO

Esteroles en membrana

NO (hopanoide

s)

SI SI

Lípidos de membrana

Ester unidos a glicerol

Ester unido a glicerol

Eter, ramificados