REPRODUCCIÓN CELULAR Y

CRECIMIENTO BACTERIANO

YESNED ANDREA ROJAS ALVAREZ

Bacterióloga

REPRODUCCIÓN CELULAR La reproducción celular es el

proceso por el cual a partir de una célula inicial o célula madre se originan nuevas células llamadas células hijas.

Durante los procesos de reproducción celular, las moléculas de ADN se condensan y forman los cromosomas.

Los cromosomas son estructuras con forma de bastoncillos que presentan una estrangulación o centrómero que los divide en dos sectores o brazos. Hay tres tipos de cromosomas: acrocéntrico, submetacéntrico y metacéntrico

TIPOS DE CROMOSOMAS 1- Metacéntrico: cromsoma constituído por

brazos o cromátides iguales.

2- Submetacéntrico: cromosoma en donde las cromátides superiores son de menor tamaño que las cromátides inferiores.

3- Acrocéntrico: cromosoma en donde se observa una contrición secundaria y un cuerpo esferoidal llamado Satélite, separado del cuerpo del cromosoma por una constricción secundaria.

REPRODUCCION BACTERIANA Como la mayoría de los seres vivos los

procariotas pueden reproducirse mediante métodos asexuales o sistemas parasexuales (pues no en estos organismos no se puede hablar en sentido estricto de reproducción sexual)

REPRODUCCIÓN ASEXUAL.

La reproducción asexual es el sistema más primitivo de reproducción, el primero en aparecer en el curso evolutivo y por lo tanto el más extendido. Consideramos éste un sistema asexual pues, a partir de una sola célula original se originan dos individuos genéticamente idénticos entre si, es decir clones. La ventaja de este sistema de reproducción es su rapidez: si una bacteria está viviendo en un ambiente adecuado puede dividirse en unos veinte minutos y generar grandes poblaciones.

El método más habitual es la bipartición o fisión binaria en la que, a partir de una célula original, resultan dos células hijas aproximadamente iguales en tamaño y con la misma dotación genética: una copia de la molécula de ADN circular propia de la célula “madre” en cada una de ellas.  Podemos considerar los siguientes pasos:

El proceso se inicia cuando la célula ha aumentado algo su tamaño y duplica su ADN.

Las dos moléculas resultantes permanecen unidas a la membrana por sitios cercanos.

La célula sintetiza los componentes fundamentales de la membrana: lípidos y proteínas que se incorporan a la zona situada entre los dos puntos de unión de las moléculas de ADN. Por lo tanto la célula se alarga, especialmente en esa zona central que separa los puntos de inserción del ADN.

Aparece entonces en la mitad de la célula una invaginación de las envueltas externas que por estrangulación progresa y divide al citoplasma en dos partes. Al mismo tiempo, nuevo material de la pared se deposita en la cara externa de la membrana.

En poco tiempo la célula habrá formado dos células hijas que serán clones, individuos genéticamente iguales. Afortunadamente para las bacterias la elevada frecuencia de mutaciones permite que se genere una cierta diversidad, lo que resulta fundamental para conseguir su extraordinaria adaptabilidad a los cambios ambientales.

REPRODUCCIÓN SEXUAL

Las bacterias, en sentido estricto, no poseen mecanismos de reproducción sexual. No se forman gametos, ni estos se fusionan en un zigoto. Sin embargo si que tienen mecanismos de intercambio de genes que conllevan la aparición de bacterias “hijas” con características diferentes a las originales, lo que es una de las principales consecuencias de los procesos sexuales.

Existen en los procariotas tres mecanismos principales de intercambio de genes:

CONJUGACIÓN: se realiza a través de

pequeños fragmentos de ADN circular denominados plásmidos. Estos plásmidos “de fertilidad” se denominan comúnmente “plásmidos F”.  Una bacteria con este plásmido (F+) actuará como bacteria donadora. Las bacterias que no tienen este plásmido (F-) actúan como receptoras.

El proceso más habitual de conjugación es la transferencia del ADN del plásmido de una célula F+ a una F . Esto ocurre a través de un “pilus sexual” de la célula donadora que sirve para engancharse a la receptora y tirar de ella para aproximarla. Luego se forma un puente citoplasmático entre las dos células. El ADN del plásmido F+ se replica y una copia se transfiere por el puente a la célula receptora. Después las células, ahora las dos son donadoras, se separan.

. En algunas bacterias donadoras el plásmido F puede integrarse en el genoma bacteriano. En este estado el plásmido F continúa provocando la conjugación y, al hacerlo, puede arrastrar consigo una buena parte del cromosoma bacteriano y transferir genes de la bacteria donadora a la receptora.

TRANSDUCCIÓN: el material genético de

una bacteria es llevado hasta otra por medio de un virus que ataca bacterias (bacteriófago).  Puesto que los virus se integran habitualmente en el cromosoma bacteriano, cuando este se replica y pasa a otras bacterias puede llevar fragmentos del ADN de la primera, actuando como un vector de reproducción parasexual

TRANSFORMACIÓN. Este proceso se ha observado “in vitro”:

algunas especies bacterianas son capaces de introducir ADN presente en su medio extracelular e incorporarlo a su genoma. Se duda de la importancia de este fenómeno “in vivo”, pues el ADN aislado,  fuera de un organismo es extraordinariamente raro en la naturaleza. Tiene importancia en los procesos de ingeniería genética.

CRECIMIENTO MICROBIANO

Es un incremento en el número de células o aumento en la masa microbiana. El crecimiento es un componente esencial de la función microbiana, ya que una célula individual tiene un periodo de vida determinado en la naturaleza y la especie se mantiene solamente como resultado del crecimiento continuo de la población celular.

En muchas situaciones es necesario el control de la población celular, el conocimiento de cómo se expande es útil para el diseño de métodos de control para el crecimiento microbiano.

Una bacteria es una máquina capaz de duplicarse así misma. Los procesos sintéticos de crecimiento celular bacteriano implican no menos de 2000 reacciones bioquímicas de una gran variedad de tipos.

Las reacciones principales de la síntesis celular son de polimerización, luego se ensamblan las macromoléculas, se forman las estructuras celulares: pared, membrana citoplasmática, flagelos etc….

El crecimiento microbiano ocurre por fisión binaria, bajo las mejores condiciones la E. coli puede completar su ciclo en 20 minutos.

CRECIMIENTO DE POBLACIONES

La velocidad de crecimiento es el cambio en el número de células por unidad de tiempo. El tiempo requerido para que a partir de una célula se formen 2 células o el t. requerido para duplicar una población de células se llama tiempo de generación

CRECIMIENTO EXPONENCIAL

Modelo de incremento de la población en el que el número de células se dobla cada cierto periodo de tiempo. Una de sus características es la velocidad de incremento de células es lenta inicialmente pero después incrementa constantemente.

CICLO DE CRECIMIENTO DE POBLACIONES

Un cultivo bacteriano simple y homogéneo tiene un ciclo de crecimiento que se divide en las siguientes fases:

1. Fase de adaptación: las bacterias se adaptan a las condiciones de crecimiento. Es el período en el que las bacterias individuales están madurando y no tienen aún la posibilidad de dividirse. Durante la fase de adaptación del ciclo de crecimiento de las bacterias, se produce la síntesis de ARN, enzimas y otras moléculas

2. Fase exponencial: es un período caracterizado por la duplicación celular. Si el crecimiento no se limita, la duplicación continuará a un ritmo constante, por lo tanto el número de células y la tasa de crecimiento de la población se duplica con cada período de tiempo consecutivo. La pendiente de esta línea es la tasa de crecimiento específica del organismo, que es una medida del número de divisiones por célula y por unidad de tiempo. La tasa real de este crecimiento depende de las condiciones de crecimiento, que afecta a la frecuencia de los eventos de división celular y a la probabilidad de que ambas células hijas sobrevivan.

El crecimiento exponencial no puede continuar indefinidamente, porque el medio llega pronto al agotamiento de nutrientes mientras se acumulan los desechos.

3. Fase estacionaria: la tasa de crecimiento disminuye como consecuencia del agotamiento de nutrientes y la acumulación de productos tóxicos. Esta fase se alcanza cuando las bacterias empiezan a agotar los recursos que están disponibles para ellas. Esta fase se caracteriza por un valor constante del número de bacterias a medida que la tasa de crecimiento de las bacterias se iguala con la tasa de muerte bacteriana.

4. Fase de declive o muerte: las bacterias se quedan sin nutrientes y mueren.

QUÉ NECESITAN LOS MICROORGANISMOS PARA CRECER

Cada especie microbiana requiere para crecer unas condiciones particulares. Estos requerimientos son muy variados, porque los ambientes en los que las diferentes especies se han adaptado varían enormemente.

Nutrición Todos los seres vivos utilizan compuestos

químicos presentes en el medio ambiente para construir las moléculas necesarias para fabricar nuevas células. la nutrición afecta al crecimiento de todos los organismos. Para los microorganismos, particularmente las bacterias, el efecto de la nutrición en la tasa de crecimiento es enorme.

El rendimiento, o máxima masa total, de un cultivo es directamente proporcional a la cantidad de nutrientes.

Forma de nutrición Según su metabolismo interno, las bacterias presentan

requerimientos nutricionales diversos y se clasifican en:

Autótrofas quimiosintéticas o fotosintéticas, Las autótrofas fotosintéticas utilizan la luz del sol y el bióxido de carbono para fabricar su alimento. Las autótrofas quimiosintéticas utilizan   compuestos inorgánicos, por ejemplo, el azufre para fabricar su alimento y su fuente de energía es el CO2

Heterótrofas (por absorción) pueden utilizar fuente de carbono orgánico para su alimentación

Los nutrientes se pueden clasificar (según las cantidades en que son requeridos) como:

micronutrientes o elementos traza

macronutrientes

En la naturaleza, estos elementos se encuentran combinados, formando parte de sustancias orgánicas o inorgánicas.

Algunos de los nutrientes serán incorporados para construir macromoleculas y estructuras celulares; otros solo sirven para la producción de energía, y no se incorporan directamente como material celular; finalmente, otros pueden ejercer ambos papeles.

NUTRIENTES

MACRO – Carbono – Nitrogeno – Fosforo – Azufre – Potasio – Magnesio – Sodio – Calcio – Hierro

MICRO – Cromo – Cobalto – Cobre – Manganeso – Molibdeno – Niquel – Selenio – Vanadio – Zinc

AGUA

Desde el punto de vista de sus posibles papeles, el agua es:

el principal componente del protoplasma bacteriano; el medio donde suceden las reacciones quimicas un reactante en exceso (producto resultante dealgunas reacciones bioquimicas)

Los microorganismos necesitan grandes cantidades de

agua. Requieren cierto grado de humedad para crecer.La disponibilidad se mide por un parámetrodenominado: actividad de agua (aw) o potencial deagua.

CARBONO

Elemento mas abundante en las macromoleculas.Constituye el 50% del peso seco de las celulas.

Muchos procariotas son heterotrofos- necesitan algun tipo

de compuesto organico como fuente de carbono para hacer

nuevo material celular. Los aminoacidos, los acidos grasos,los acidos organicos, los azucares, las bases nitrogenadas,los compuestos aromaticos y otros, pueden ser utilizadospor las bacterias.

Algunos procariotas son autotrofos- capaces de construirtodas sus estructuras organicas a partir del CO2 con laenergia obtenida de la luz o de compuestos inorganicos.

FÓSFORO

El fosforo se usa para la sintesis de los acidosnucleicos y los fosfolipidos, pero aparece tambien encoenzimas y en proteinas.

Suele requerirse en forma de fosfatos, sea organicoso inorganicos. Las bacterias que pueden usar losfosfatos organicos (poseen fosfatasas) no dependenabsolutamente de ellos, ya que pueden recurririgualmente a los fosfatos inorganicos. Los fosfatosorganicos son hidrolizados por fosfatasasextracelulares o (en las Gram-negativas)periplasmicas (p.ej., la fosfatasa alcalina)

NITRÓGENO Y AZUFRE

Los elementos N y S son requeridos por todos los seres vivos.

Se encuentran en la célula en estado reducido:

el radical -NH2 forma parte de los aminoacidos y de las bases nitrogenadas

SALES MINERALES

Son la fuente de aniones y de cationes para la celula. Lossiguientes cationes, se necesitan en cantidades relativamentegrandes: K+, Mg++, Ca++, Fe++.

El ión potasio (K): interviene en la activacion de una variedad de enzimas, incluyendo las que participan en la sintesis de proteinas.

En Gram-positivas esta asociado con los acidos teicoicos de lapared.

El ión magnesio (Mg): estabiliza ribosomas, membranas y acidos nucleicos. Participa de las clorofilas y acterioclorofilas de bacterias fotosinteticas.

El ión calcio (Ca): es un cofactor de ciertas enzimas, como proteinasas.

El hierro (Fe): Participa en muchas moleculas implicadas en procesos de respiración.

FACTORES DE CRECIMIENTO

Son moleculas organicas especificas que, en

pequenas cantidades, algunas bacterias necesitan para crecer.

Ejemplos Vitaminas, Aminoacidos, Purinas, pirimidinas.La mayoria de los microorganismos son

capaces de sintetizarlos.

FACTORES AMBIENTALES Y CRECIMIENTO MICROBIANO REQUERIMIENTO DE OXIGENO

Se puede clasificar las bacterias segun la necesidad de oxígeno para poder vivir, esto dependen en buena medida de la disponibilidad de las enzimas eliminadoras de peróxidos y superóxidos.

Aerobias estrictas: Dependen de O2 para su crecimiento.

Anaerobias estrictas: se desarrollan en ausencia total de O2, utilizan aceptores finales distintos del oxígeno: CO2, o poseen metabolismo estrictamente fermentativo.

Anaerobias Facultativas: pueden desarrollarse en presencia o ausencia de O2, aunque predominan en medios anaeróbicos.

Microaerófilas: sólo se pueden desarrollar en presencia de bajas tensiones de O2 (menor del 12% en lugar del 20% que es la atmosférica) y altas tensiones de CO2.

POR SU ÓPTIMO DE TEMPERATURA

Según la temperatura óptima de crecimiento las bacterias se clasifican en:

Termófilas: se desarrollan entre 25 y 80°C, óptima 50 y60°C

Mesófilas: se desarrollan entre 10 y 45°C, óptima 20 y 40°C

Psicrófilas: se desarrollan entre -5y 30°C, óptima 10 y 20°C.

SEGÚN EL pH EN QUE SE DESARROLLAN Las bacterias se clasifican en:

Acidófilas: Se desarrollan a pH entre 1.0 y 5.0

Neutrófilas: Se desarrollan a pH entre 5.5 y 8.5

Basófilas: Se desarrollan pH entre 9.0 y 10.0