Células Procariotas vs. Eucariotas

• Las macromoléculas representan el 80-90% del peso en seco de la mayoría de las células.

Célula Procariota vs. Eucariota

• Las células se dividen en dos clases principales: procariotas y eucariotas.
• Las procariotas carecen de envoltura nuclear.
• Las eucariotas presentan núcleo, y el material genético está separado del citoplasma.

Comparación entre Procariontes y Eucariontes

• Procariontes: Bacterias, cianobacterias y arqueobacterias son organismos representativos.
• Eucariontes: Plantas, animales, protistas y hongos son organismos representativos.
• Procariontes: Tamaño celular pequeño (1-10 micras).
• Eucariontes: Tamaño celular grande (entre 10 y 100 micras).
• Procariontes: Metabolismo anaerobio, anaerobio facultativo o bien aeróbio.
• Eucariontes: Metabolismo aerobio total o bien aerobio.
• Procariontes: Movilidad inmóviles o con flagelos.
• Eucariontes: Movilidad con cilios y flagelos variables.
• Procariontes: Paredes celulares con azúcares y peptidoglucanos característicos (peptidoglucano).
• Eucariontes: Paredes celulares con polisacáridos estructurales como celulosa/quitina.
• Procariontes: Carecen de organelos delimitados rodeados por membrana, carecen de membrana nuclear.
• Eucariontes: Provistos de organelos como mitocondrias, cloroplastos, etc., también núcleo y células, membranas presentes.
• Procariontes: Organización genética con ADN circular, diseminado con plásmidos en un mesosoma.
• Eucariontes: Organización genética con ADN organizado en los cromosomas dentro del núcleo.
• Procariontes: Reproducción por fisión binaria, gemación y otros procesos asexuales.
• Eucariontes: Reproducción puede ser sexual a nivel celular.
• Eucariontes: Reproducción principalmente por procesos especializados como mitosis o meiosis.
• Procariontes: Organización celular principalmente unicelular.
• Eucariontes: Organización celular principalmente pluricelular.

Dominio Archaea (Arqueobacterias)

• Procariotas halófilas: Viven en ambientes naturales como el mar Muerto o en estanques de evaporación de agua salada, donde la concentración de sal es muy alta.
• Procariotas halófilas: Requieren la sal para el crecimiento, sus paredes celulares, ribosomas y enzimas se estabilizan con el ion Na+.
• Procariotas metanogénicas: Habitantes normales del rumen de vacas y rumiantes.
• Procariotas metanogénicas: Una vaca puede eliminar unos 50 litros de gas metano por día, por el proceso de eructación.
• El metano es un importante gas del efecto invernadero que se acumula en la atmósfera a velocidad alarmante.
• Cuando el metano se destruye en áreas verdes y remplazado por ganado, se produce un doble impacto en el efecto invernadero.
• Procariotas termófilas: Son organismos que requieren temperaturas muy altas (80°-105° grados) para crecer.
• Procariotas termófilas: Sus membranas y enzimas en usualmente estables a estas temperaturas.
• Procariotas termófilas: La mayoría requiere sulfuro para crecer, algunas son anaerobias y usan sulfuro como aceptor de electrones en la respiración, en reemplazo del oxígeno.
• Thermus aquaticus crece a 40° grados.

Las Procariontes

• Las procariontes son más simples y pequeñas que las eucariontes, su material genético es una gran molécula de doble cadena de ADN circular
• Su membrana plasmática, citosol, ARN y ribosomas están formando una matriz de organización obvia, se producen por división binaria.
• Se encuentran en todos los ambientes de la Tierra, desde las profundas fosas oceánicas o el interior de rocas sólidas.
• La mayoría de ellas tienen una resistencia independiente pero existen especies como Chlamydia trachomatis (hombre) y Rickettsia (piojos, garrapatas, ácaros que son organismos intracelulares obligados.
• Procesos bioquímicos (obtención de energía), tienen lugar en la membrana citoplasmática
• Su ADN se ubica en la región denominada nucleoide.
• Distribuido en el citoplasma bacteriano se encuentran pequeños lazos de ADN conocidos como plásmidos
• Tamaño pequeño, velocidad de reproducción (Escherichia. coli se reproduce cada 15 o 20 minutos), son el reino más abundante y diversificado sobre la tierra.
• Presentan gran diversidad de tamaño y estructura.
• Tienen gran habilidad para adaptarse a cambios del medio ambiente.
• Ocupan una enorme variedad de nichos ecológicos (temperaturas extremas, medios oxidantes, etc...).
• Fueron las únicas formas de vida 3000 millones de años.

Tipos de formas

• Bacilo
• Coco
• Diplococo
• Estafilococo
• Estreptococo
• Vibrión
• Espirilo
• Estreptobacilo

Pared Celular Procariota

• Tienen una pared celular rígida, localizada por debajo de la cápsula.

Características de una célula procariota

• No tienen núcleo.
• Su material genético está suelto en el citoplasma.
• Tienen un solo cromosoma en forma de círculo, que no está contenido dentro de ninguna envoltura.
• No tienen organelos.
• No tienen compartimientos dentro del citoplasma, porque carecen de membranas internas.
• Todas las reacciones químicas del metabolismo procariotas ocurren en el citoplasma celular y en la única membrana que poseen, la membrana plasmática.
• Son evolutivamente muy antiguas.
• Fueron las primeras formas de vida que aparecieron en la Tierra, hace 350 millones de años.
• Son muy pequeñas.
• Pueden medir hasta 10 veces menos que las células eucariotas.
• Su tamaño varía entre los 5 y los 0,5 micrones de longitud (las eucariotas oscilan entre 10 y 100 micrones).
• Forman organismos unicelulares.
• Son siempre organismos unicelulares que, a veces, se agrupan para formar colonias.
• Sin embargo, no forman organizaciones funcionales como sucede en los tejidos de los organismos pluricelulares.
• Se reproducen asexualmente, se dividen mediante un mecanismo exclusivo de organismos unicelulares, llamado bipartición o fisión binaria.

Agentes bacterianos más comunes

• Bacterias grampositivas: Staphylococcus epidermis (11), Staphylococcus aureus (7), Staphylococcus faecalis (2), Streptococcus viridans (1).
• Bacterias gramnegativas: Pseudomonas aeruginosa (2), Enterobacter cloacae (1), Escherichia coli (3), Proteus mirabilis (4), Serratia marcescens (1).
• Anaerobios: Corynebacterium spp (1), Clostridium sporogenes (1).

Estructura Bacteriana

• Elementos obligados: pared celular, membrana citoplasmática, citoplasma, ribosomas, mesosomas e inclusiones y espacios periplasmicos.
• Elementos facultativos: glucocálix, flagelo, fimbrias, cápsula, esporas y plásmidos.

Pared Celular

Propiedades y Funciones

• Protección y Resistencia.
• Rigidez a la estructura celular.
• Poros = Filtros.
• Participa en la división bacteriana.
• Le confiere forma y previene la lisis osmótica.

Membrana Citoplasmática

Funciones y Propiedades

• Bicapa lipídica: Proteínas, fosfolípidos.
• Activa y selectiva barrera osmótica.
• Síntesis de sustancias de la pared y cápsula.
• Generación de ATP.
• División celular (actina-tabique).

Funciones de la membrana plasmática

• Barrera osmótica.
• Transporte (sustancias y desechos).
• Biosíntesis (biomoléculas).
• Transducción de energía (respiración).
• Centro de replicación de ADN y nucleoide.
• Punto de andaje para los flagelos, cilios, fimbrias, pili.

Citoplasma

• Sistema coloidal.
• 85% H2O, minerales y fermentos.
• No contiene sistemas membranosos (organelas).
• Aspecto granuloso (ribosomas), plásmido y nucleoide (ADN).

Ribosomas

• 70S (coeficiente de sedimentación).
• Dos subunidades.
• Ricos en ARN y proteínas.
• Síntesis de proteínas.

Nucleoide

• Región del citoplasma donde se encuentra condensado el ADN bacteriano.
• El ADN sigue el modelo clásico de Watson y Crick: dos hebras antiparalelas en doble hélice.
• Las bacterias son organismos haploides: poseen un solo cromosoma.

Inclusiones citoplasmáticas

• Gránulos de polisacáridos.

• Inclusiones lipídicas.

• Gránulos de azufre.

• Cianoficinas.

• Carboxisomas.

• Magnetosomas.

• Vacuolas de gas.

• Gránulos de polisacáridos: Inclusiones de glucógeno y almidón

• Tinción de yodo: Colorantes liposolubles (Sudán)

• Gránulos de azufre: Oxidan el H2S en azufre (S) , el S oxida a ion sulfato y desaparece la energía.

• Carboxisoma: Cianobacterias, nitrificantes , contiene partículas magnéticas (Fe3O4) , membrana (fosfolípidos, glicolípidos y glicoproteínas y del azufre.

• Vacuolas de gas: Mantiene la flotabilidad, para los nutrientes.

Espacio Periplásmico

• Situado entre la membrana y la pared.

• Sustancias como proteínas y enzimas.

• Las Gram-positivas carecen de espacios periplásmico.

• Glucocálix: Capa externa delgada y flexible de polisacáridos (glucoproteínas y proteoglicanos). Facilitan la adherencia de la bacteria. Actúan como antígeno (reconocimiento bacteriano). Protección contra defensas del huésped.

• Flagelos: Apéndices filiformes de estructura helicoidal. Órgano locomotor de las bacterias, frecuentes en bacilos y vibriones. Compuesto por: filamento (flagelina), codo (proteína simple) y corpúsculo basal. Taxia (acercamiento o alejamiento de estímulos). Quimiotaxia positiva y negativa.

Tipos de flagelos

• Monótricos: Vibrio
• Lofótricos: Pseudomonas
• Anfitricos: Spirillum
• Peritricos: Proteus

Pelos o pili

• Estructura proteica (pilina): son largos, gruesos y poco numerosos.
• Pelo sexual: unión a la célula receptora durante la conjugación.
• Transferencia de material genético por conjugación.
• No aparecen en las Gram-positivas.
• Intercambio de moléculas y fijación al sustrato.

Fimbrias

• Apéndices proteicos (evaginaciones de la MC): atraviesan los poros de la pared celular.
• Números: 1-1.000 por microscopio electrónico.
• Carentes de movilidad.
• Adherencia (microcolonias) a sustratos inertes o vivos.
• Se encuentran tanto en las bacterias Gram-negativas y Gram-positivas.

Cápsula

• Capa mucosa, compleja: grosor variable.
• Fuera de la pared celular.
• Principal componente: polisacáridos (en ocasiones, proteínas).
• Adherencia.
• Es propia de bacterias Gram+ y Gram-:
• Protección (fagocitosis, desecación y materiales tóxicos).

Esporas

• Cubierta rígida e impermeable (citoplasma, ADN y ribosoma).
• Estructura especialmente del género Bacilus.
• Resistencia al calor (120 °C) y agentes químicos y desecación.
• Latencia, bajo metabolismo.
• Activación de la germinación.

Plásmidos

• ADN circular (extracromosómico).
• Codifica independiente del nucleoide.
• Portadores de genes de resistencia a los antibióticos, tolerancia a los metales tóxicos y síntesis de enzimas.
• Se transmite por herencia o por conjugación (secuencia de recopilación).
• Evolución, adaptación y resistencia.

Reproducción de las Bacterias

• Asexual: fisión binaria o bipartición

• Sexual o Parasexual: transformación y transducción

• Intercambio de información genética por recombinación

• No hay formación de gametos

• Se alarga el citoplasma y se invagina en la mitad

• La fisión binaria: Membrana > Mesosoma > Replicación del > Se forma un Mesosoma nuevo > Los Mesosomas arrastran el ADN

Reproducción > Parasexual > Transformación:

• Fragmentos de ADN que pertenecían a células lisadas o rotas se introducen en células normales.
• El ADN fragmentado recombina con el ADN de la célula receptora, provocando cambios en la información genética de esta.

Reproducción > Parasexual > Transducción

• Cuando una célula es atacada por un virus bacteriófago, la bacteria genera nuevas copias del ADN vírico.
• En la fase se pueden introducir fragmentos de ADN bacteriano en la cápside del virus.
• Los nuevos virus ensamblados infectarán nuevas células.
• Mediante este mecanismo, una célula podría recibir ADN de otra bacteria e incorporar nueva información.

Conjugación

• Célula conjugativa (F+), con su pelo sexual, y otra no conjugativa (F-).
• El contacto entre las dos células es por medio del pelo sexual.
• Contracción del pelo sexual y contacto célula-célula, que se forma un poro por donde pasa el ADN simple.
• La cadena recorre la célula dadora a la receptora.
• Síntesis de las cadenas de ADN: continua en la célula dadora y discontinua a la receptora.
• Sellado de los poros y separación de las células: cada una de las células contiene una copia del factor F.

Metabolismo Bacteriano

• Autótrofas: carbono celular a partir de dióxido de carbono (cianobacterias).
• Heterótrofas: compuestos orgánicos.
• Litotrofas: energía por oxidación de sustancias inorgánicas (CH2S, amoniaco, iones ferrosos) óxido ferroso > férrico.

Papel de las bacterias en la biosfera

• Bacterias nitrificantes (fijación de nitrógeno).
• Aplicaciones en la biotecnología (Ej: E. coli, Agrobacterium tumefaciens).
• Ingeniería genética, modificación de vitaminas, antibióticos y hormonas.
• Biorremediación (eliminar contaminantes de tierra, agua y aire).
• Destrucción de desechos radioactivos y derrame de petróleo.
• Tratamientos de agua residales Rhodococcus y Ochrobactrum.
• Bacterias Nitrificantes: Géneros Nitrosomonas y Nitrococcus.
• Ingeniería genética: Es la manipulación y modificación genética, introduciendo nuevos genes en algunos organismos con el fin de obtener biológicamente productos de interés para el hombre.

Este texto trata sobre la diferencia principal entre células procariotas y eucariotas. Las células procariotas carecen de membrana nuclear, mientras que las eucariotas tienen un núcleo donde el material genético está separado del citoplasma. Además, se comparan las características de estos tipos de células.