Microbial Biochemistry Notes PDF

Las membranas son bicapas lipídicas con proteínas flotantes Lípidos anfipáticos Extremos polares (hidrófilos: interactúan con el agua) Colas no polares (hidrofóbicas, insolubles en agua) Proteínas de membrana Periférico: conectado débilmente a la membrana,Se retira fácilmente Integral: anfi...

Las membranas son bicapas lipídicas con proteínas flotantes Lípidos anfipáticos Extremos polares (hidrófilos: interactúan con el agua) Colas no polares (hidrofóbicas, insolubles en agua) Proteínas de membrana Periférico: conectado débilmente a la membrana,Se retira fácilmente Integral: anfipática (incrustada dentro de la membrana); llevar a cabo funciones importantes Membranas arqueales compuesto por lípidos únicos Unidades de isopreno (cinco carbonos, ramificados) Enlaces éter Algunos tienen una estructura monocapa en lugar de una estructura bicapa. Membranas bacterianas Los niveles de saturación de los lípidos de membrana reflejan las condiciones ambientales, como la temperatura. Las membranas bacterianas carecen de esteroles pero contienen moléculas similares a los esteroles. los hopanoides. Estabilizar la membrana Marcar los límites de los microdominios. Nutrientes Macroelementos (macronutrientes:requeridos en cantidades relativamente grandes C,O,H,N,S y P se encuentran en moléculas orgánicas (proteínas,lípidos,carbohidratos y ácidos nucleicos) K,Ca,Mf y fe: cationes,servir en una variedad de roles,incluida la asistencia a alas enzimas y la biosíntesis. Micronutrientes (oligoementos:requeridos en cantidades mínimas Mn, Zn, Co,Mo, Ni y Cu A menudo se suministra en componentes de agua/ medios; ubicuo. Trabajar para ayudar a las enzimas(coafactores) Es posible que se requieran sustancias únicas. Factores de crecimiento Compuestos orgánicos Componentes celulares esenciales (o sus precursores) que la célula no puede sintetizar. Debe ser suministrado por el medio ambiente para que la célula sobreviva y se reproduzca. Las clases incluyen: Aminoácidos: necesarios para la síntesis de proteínas Purinas y pirimidinas: necesarias para la síntesis de ácidos nucleicos Vitaminas: funcionan como cofactores enzimáticos. Métodos para la absorción de nutrientes Los microbios sólo pueden absorber partículas disueltas a través de una membrana selectivamente permeable. Algunos nutrientes entran por difusión pasiva. Los microorganismos utilizan mecanismos de transporte. Difusión pasiva Difusión facilitada Transporte activo primario y secundario. Translocation grupal. Difusión pasiva las moléculas se mueven de una región de mayor concentración a una menor concentración entre el interior y el exterior de la célula. El H2O,el O2 y el CO2 a menudo se mueven a través de las membranas. Difusión facilitada Es similar a la difusión pasiva El movimiento de las moléculas no depende de la energía La dirección del movimiento es de alta concentración a baja concentración El tamaño del gradiente de concentración afecta a la tasa de absorción. Se diferencia de la difusión pasiva Utiliza moléculas portadoras unidas a las membranas(permeas) La tasa aumenta con el gradiente de concentración. Transporta eficazmente glicerol, azúcares y aminoácidos. Transporte activo proceso dependiente de la energía ATP,o fuerza motriz de protones utilizada ,mover moléculas contra el gradiente Concentra las moléculas dentro de la célula Involucra proteínas transportadoras (permeasas) El efecto de saturación del portador se observa a altas concentraciones de soluto Transportadoras ABC Los transportadores activos primarios utilizan ATP. Transportadores de casetes de unión de ATP (ABC). Consistir: 2 dominios de membrana hidrofóbica 2 dominios citoplasmáticos asociados a la unión a ATP Proteínas de unión a solutos Transporte Activo Secundario Utilizar gradientes iónicos para cotransportar sustancias Protones Simpuerto: dos sustancias se mueven en la misma dirección Antipuerto: dos sustancias se mueven en direcciones opuestas. Translocación grupal Transporte dependiente de la energía que modifica químicamente la molécula a medida que se introduce en la célula El sistema de translocación más conocido es el fosfoenolpiruvato: sistema fosfotransferasa de azúcar (PTS) Absorción de hierro Los microorganismos requieren hierro El hierro férrico es muy insoluble, por lo que la absorción es difícil. Muchas bacterias secretan sideróforos para ayudar a la absorción. El sideróforo se une con el hierro férrico El complejo se une a una proteína receptor de sideróforos en la superficie celular. El hierro entra en la célula. Estructura de la pared celular bacteriana Funciones de la pared celular Mantiene la forma de la célula Ayuda a proteger la célula de la lisis osmótica y los materiales tóxicos Puede contribuir a la patogenicidad Peptidoglicano (mureína) Estructura rígida que se encuentra justo fuera de la membrana plasmática celular Dos tipos de bacterias basadas en la tinción de Gram Grampositivos: tinte morado; peptidoglicano grueso Gramnegativos: tinción rosa o roja; peptidoglicano delgado y membrana externa Estructura del peptidoglicano Polímero en forma de malla de subunidades idénticas que forman hebras largas Dos azúcares alternos: N-acetilglucosamina (NAG) Ácido N-acetilmurámico (NAM) Alternancia de aminoácidos Dy L Paredes celulares grampositivas Compuesto principalmente de peptidoglicano También puede contener ácidos teicoicos (cargados negativamente) Ayuda a mantener la envoltura celular Proteger de las sustancias ambientales Puede unirse a las células huésped Algunas bacterias grampositivas tienen una capa de proteínas en la superficie del peptidoglicano Espacio periplásmico de bacterias grampositivas Entre la membrana plasmática y la pared celular El periplasma tiene relativamente pocas proteínas Exoenzimas secretadas por bacterias Gram-positivas Ayuda en la degradación de nutrientes grandes Estructura básica de la pared celular gramnegativa Más complejo que los grampositivos Consiste en una fina capa de peptidoglicano rodeada por una membrana externa Membrana externa compuesta por lípidos, lipoproteínas y lipopolisacáridos Sin ácidos teicoicos Paredes celulares gramnegativas Membrana externa (MO) fuera de la capa delgada de peptidoglicano Las lipoproteínas de Braun conectan la OM con el peptidoglicano El espacio periplásmico difiere del de las células grampositivas. LPS: lipopolisacárido Consta de tres partes Lípido A Polisacárido del núcleo Cadena lateral O (antígeno O) Lípido A enterrado en la membrana externa El polisacárido del núcleo, la cadena lateral O se extiende fuera de la célula Importancia de lipopolisacarido Contribuye a la carga negativa en la superficie bacteriana Ayuda a estabilizar la estructura externa de la membrana Crea una barrera de permeabilidad Protección de la defensa del huésped (antígeno O) Actúa como endotoxina (lípido A) Mecanismo de la reacción de tinción de Gram Reacción de tinción de Gram debido a la naturaleza de la pared celular. Reducción de los poros de la capa de peptidoglicano de las células grampositivas La constricción evita la pérdida del cristal violeta durante el paso de decoloración La capa más delgada de peptidoglicano y los poros más grandes de las bacterias gramnegativas no evitan la pérdida de cristal violeta El alcohol también puede eliminar/extraer algunos lípidos de la capa externa de la pared celular Gram-negativa, lo que facilita la eliminación del tinte violeta cristalino Envolturas de células arqueales Se diferencian de las envolturas bacterianas en la composición y organización molecular: Falta de peptidoglicano La capa S puede ser el único componente fuera de la membrana plasmática Separada de la membrana plasmática por una molécula similar al peptidoglicano llamada pseudomureina Algunos carecen de pared celular Paredes celulares y protección osmótica Ambientes hipotónicos La concentración de soluto fuera de la célula es menor que dentro de la célula El agua se mueve hacia las células y las células se hinchan La pared celular protege de la lisis Ambientes hipertónicos La concentración de soluto fuera de la célula es mayor que en el interior El agua sale de la célula Se produce la plasmólisis Evidencia para la protección de la pared celular La lisozima rompe el enlace entre NAG y NAM La penicilina inhibe la síntesis de peptidoglicanos Si las células se tratan con cualquiera de los anteriores, se lisan en una solución hipotónica En una solución isotónica, pueden sobrevivir y crecer normalmente. Las células que pierden una pared celular pueden sobrevivir en ambientes isotónicos Protoplastos Esferoplastos Mycoplasma Nunca producen una pared celular Membrana plasmática más resistente a la presión osmótica Componentes fuera de la pared celular Capa más externa en la envoltura de la célula Cápsulas y capas de limo Glicocálix: ayuda a adherirse a superficies sólidas Como ejemplo, biopelículas en plantas y animales Las hebras están reticuladas Las hebras de peptidoglicano tienen forma helicoidal Las cadenas de peptidoglicanos están reticuladas por péptidos para mayor resistencia. Se pueden formar puentes intermedios Sacos de peptidoglicanos: redes interconectadas Se producen varias estructuras Componentes fuera de la pared celular: cápsula Bien organizada y no se remueve fácilmente de la célula Generalmente compuesto de polisacáridos Visible en microscopio óptico Ventajas de protección Resistente a la fagocitosis Proteger de la desecación Excluir virus y detergentes Componentes fuera de la pared celular: capas S Capas de proteína o glicoproteína autoensamblables estructuradas regularmente En las bacterias Gram-negativas, la capa S se adhiere a la membrana externa En bacterias Gram-positivas, asociadas a peptidoglicano Funciones de la capa S Protege de las variaciones de lones y pH, el estrés osmótico, las enzimas y la depredación Mantiene la forma y la rigidez Favorece la adherencia a las superficles Protege de las defensas del huésped Uso potencial en nanotecnologia Estructuras citoplasmáticas Membranas intracitoplasmáticas: inclusiones Ribosomas Nucleoide Plasmidios Citoesqueleto Protoplasto es la memarana plasmática y todo lo que hay dentro. Citoplasma: matenal delimitado por la membrana plasmatica  Critosol, componente líquido Estructuras como inclusiones, ribosomas y plásmidos que flotan en el citosol Muchas moléculas disueltas en el citosol. Membranas intracitoplasmáticas Pliegues de la membrana plasmática Observado en muchas bacterias fotosintéticas Se observa en muchas bacterias con alta actividad respiratoria Inclusiones Gránulos, cristales o glóbulos de material orgánico o inorgánico que la célula almacena para su uso futuro Pueden denominarse microcompartimentos Inclusiones de almacenamiento Almacenamiento de nutrientes, productos metabólicos, energía, bloques de construcción Más frecuentes: Inclusiones de glucógeno Glóbulos de azufre Microcompartimentos Compartimentos para funciones especificas Carboxisomas: bacterias fijadoras de COz Contienen las enzimas anhidrasa carbónica (CA) y RubisCO para la fijación de COr (b) Carboxysomes Vacuolas de gas Se encuentra en bacterias acuáticas, fotosintéticas y arqueas Proporcionan flotabilidad en vesículas de gas Magnetosomas en bacterias acuáticas Permitir orientar en el campo magnético de la Tierra Proteína citoesquelética MamK Ayuda a formar una cadena de magnetosomas Archaella Son similares al de bacterias, pero existen diferencias importantes Se describe mejor como un tipo de pilus Participa en la adhesión a sustratos, la formación de biopelículas y la interacción célula-célula Estructura de Archaella Más de un tipo de proteina flagelina Más relacionado con pili bacteriano tipo IV El crecimiento se produce en la base, no al final. Motilidad Movimiento flagelar Natación Enjambre Motilidad de la espiroqueta Motilidad de espasmos y deslizamiento Quimiotaxis Movimiento hacia los atrayentes químicos, como los nutrientes, lejos de las sustancias nocivas También en respuesta a la temperatura, la luz, el oxígeno, la presión osmótica y la gravedad Enjambre Ocurre en superficies húmedas como un tipo de comportamiento grupal de las bacterias. La mayoría de los enjambres tienen flagelos peritricos Motilidad de la espiroqueta Múltiples flagelos surgen de cada extremo de la célula y se enrollan alrededor de la célula La forma de sacacorchos exhibe movimientos de flexión y giro Motilidad de espasmos o crispar y deslizamiento Crispar - Pilios en los extremos de la célula Movimientos cortos, intermitentes y espasmódicos Las células están en contacto entre sí y con la superficie Deslizamiento Movimientos suaves resbaladizos La endospora bacteriana Estructura compleja y latente formada por algunas bacterias Varias ubicaciones dentro de la célula Resistente a numerosas condiciones ambientales (incluyendo calor, radiación, productos químicos, desecación) debido a: Complejos de calcio con ácido dipicolínico Proteínas pequeñas, solubles en ácido Esporulación Proceso de formación de endosporas Ocurre durante varias horas Normalmente comienza cuando el crecimiento cesa debido a la falta de nutrientes Proceso complejo de varias etapas Género Corynebacterium Aeróbico y facultativo, catalasa positiva Varas rectas o curvas Como ejemplo, C. diphtheriae difteria Género Mycobacterium En la familia Mycobacteriaceae Varillas rectas o ligeramente curvadas que a veces se ramifican o forman filamentos Actinobacteria: Género Mycobacterium En la familia Mycobacteriaceae Varillas rectas o ligeramente curvadas que a veces se ramifican o forman filamentos bastones y cuerpos cocoides Aeróbico y catalasa positivo Antinobacteria: Especies importantes de Mycobacterium M bovis tuberculosis en bovinos,otros rumiantes y primales. M tuberculosis tuberculosis en seres humanos. M leprae lepra vectores/zoonosis M avium complex ( MAC) varias enfermedades Actinobacteria: Familia Nocardiaceae Género Nocardia and Rhodococcus micelio de substrato que se rompe en varillas y fragmentos de cocos Casi todos son aeróbicos estrictos Orden Micrococcales, Género Micrococcus Cocos aeróbicos catalasa positivos que se presentan en pares, létradas o grupos irregulares Muy extendido en el suelo, el agua y la piel de los mamíferos Orden Propionibacteriales, Género Propionibacterium Varillas pleomórficas, inmóviles, sin esporas, puede ser coccoide o ramificado,Utilizado en la producción de queso suizo Se encuentra en la piel y en el tracto digestivo de los animales,Como ejemplo, P. acne, implicado en el desarrollo del olor corporal y el acné vulgar; Patógeno oportunista emergente Order Streptomycetales: Una fuente importante de antibióticos Hifas aéreas que se dividen en un solo plano para formar cadenas de esporas Estreptomicetos Son del 1 al 20% de la microbiota cultivable del suelo Producir geosmina: sustancia volátil que es fuente de olor a terra húmeda Importante en el proceso de mineralización: degrada aeróbicamente muchas sustancias resistentes (como ejemplo, pectina, lignina y quitina) Producir una amplia gama de antibióticos, otros compuestos bioactivos y genes de resistencia a los antibióticos Orden Frankiales: Bacterias que fijan el N, en los árboles Género Frankia Forma esporangios - grupos de esporas Esporas inmóviles, microaerofilicas, fijan nitrógeno, simbióticas con plantas Orden Bifidobacteriales: Patógenos y probióticos Bifidobacteria No movil, sin esporas, anaeróbico, bacilos grampositivos, ligeramente curvados o en forma de maza Se encuentra en la boca y el tracto intestinal de animales de sangre caliente Gardnerella Se encuentra en el tracto genital/urinano humano - vaginosis bacteriana Bacilli: Género Bacillus Más grande en orden Baciliales Bacilos quimioheterótrofos formadores de endosporas Flagelos móviles y peritricos Aeróbico o facultativo, catalasa positiva Bacillus subtilis es la bacteria Gram-positiva mejor estudiada Anaerobio facultativo Puede usar nitrato como aceptor terminal de electrones o realizar fermentación ácida mixta con lactato, acetato y acetoina como productos finales principales No patógeno Habita en el suelo, forma de endosporas Puede desarroliar blopelículas Familia Staphylococcaceae 4 géneros, incluyendo Staphylococcus Cocos Gram-positivos facultativamente anaeróbicos, inmóviles, Por lo general, forman racimos irregulares Además del tracto respiratorio superior, son habitantes normales de la piel, el intestino y la vagina Staphylococcus aureus Patógeno estafilocócico humano más importante Asociado con abscesos, forúnculos, infecciones de heridas, neumonía, síndrome de shock tóxico Principal causa de intoxicación alimentaria Común Género Streptococcus Patrones de hemólisis utilizados en la agrupación de Lancefield alfa (a)-hemólisis Lisis incompleta de glóbulos rojos. Se ve como una zona verdosa alrededor de la colonia en agar sangre beta (B)--hemólisis Lisis completa de glóbulos rojos Se ve como una zona clara alrededor de la colonia en agar sangre Clostridia Clostridium es el género más grande Bacterias Gram-positivas obligatoriamer.te anaeróbicas, fermentativas, que forman endosporas Responsable de muchos casos de deterioro de alimentos Clostridioides difficile A veces forma parte de la microbiota intestinal humana, pero normalmente otras bacterias la mantienen en cantidades bajas El crecimiento excesivo causa enfermedades gastrointestinales - Puede progresar a una colitis y toxicidad en colon, a menudo es letal Firmicutes y enfermedad dental Caries dentales y en la enfermedad periodontal La placa dental es una de las colecciones más densas de bacterias en el cuerpo Comienza con la pelicula Streptococcus gordonii, S.m oralis y S. mitis Etapas en el desarrollo de la placa y la cariogénesis Una vez que la superficie del diente está colonizada, otras bacterias se adhieren Como ejemplo, S. mutans y S. sobrinus, entonces la superficie del diente se vuelve anóxica Conduce al crecimiento de bacterias estrictamente anaeróbicas, incluida la Velllonella alcale Rickettsias son bacterias intracelulares obligadas Genero Rickotista Gramnegativa, no flagelada, parásitas o mutualistas * crece en eritrocitos do vertebrados, macrófagos, células endoteliales vasculares Viven on artrópodos hematófagos ¿veetores o huéspedes primarios Surgieron de la asociación endosimblótica Una bacteria peróbica de vida libre se convirtio en parasito intracelular de una célula protocucariota que carecia de organulos Género Agrobacterium No estimula la formación de nódulos, ni fija nitrógeno Invade las raíces y los tallos Como ejemplo, Agrobacterium tumefaciens Causa la enfermedad de la agalla de la corona por medio de un plásmido inductor de tumores (T) Orden Neisseriales, Género Neisseria Cocos inmóviles, gramnegativos La mayoría de las veces ocurren en pares Puede tener cápsulas y pilios Algunos patógenos humanos Neisseria gonorrhoeae-gonorrea Neisseria meningitidis - algunos casos de meningifis bacteriana Familia Chromatiaceae Anaerobios estrictos Por lo general, fotoautolitótrofos Utilizar H, como donante de electrones Oxidan el azufre a sulfato Por lo general, se encuentra en lagos ricos en sulfuros Puede causar grandes floraciones en pantanos y lagunas La okenona, un pigmento carotenoide producido solo en Chromatiaceae, es un biomarcador geoquimico útil Cinco cepas de E. coli diarreica Enterotoxigenic E. coli (ETEC) Enteroinvasive E. coli (EIEC) Enteropathogenic E. coli (EPEC) Enteroaggregative E, coli (EAEC) Enterohemorrhagic E. coli (EHEC) Todos, excepto el EHEC, se encuentran en las heces humanas La transmisión se debe a una mala higiene Otras bacterias entéricas patógenas importantes Shigella: disentería bacilar Salmonella: fiebre tifoidea y gastroenteritis Yersinia: plaga Klebsiella: neumonía Erwinia: tizón, marchitamiento, etc., de las plantas de cultivo Orden Bellovibrionales incluye depredadores que invaden otras bacterias gramnegativas El mejor estudiado es Bdellovibrio Aeróbicos, gramnegativos, bacilos curvos, flagelos polares Ciclo de vida asemeja a los bacteriófagos Mycobacteria Ciclo de vida se asemeja al de los hongos limosos En presencia de comida, forman enjambre y migran sobre superficies sólidas Formar un cuerpo fructífero cuando se agotan los nutrientes Género Helicobacter Aislado de estómagos e intestinos de mamíferos Helicobacter pylori Causa gastritis, úlcera péptica y cáncer gástrico Motilidad para la colonización No crece por debajo de pH 4.5 Factores de virulencia - proteasas, fosfollpasas y citocinas del huésped Deinococcus-Thermus-Estructura general Dos órdenes, Deinococcales y Thermales coco o bacilo; en pares o tétradas Gram-positivo (carece de la típica pared celular Gram-positiva) Membrana externa estratificada similar a la de los Gram-negativos Clase Mollicutes (Mycoplasmas) Carecen de paredes celulares y son pleomórficas - No puede sintetizar peptidoglicano Los esteroles pueden estabilizar la membrana plasmática Quimioorganótrofos Estructuras y arreglos de cianobacterias Algunas estructuras de almacenamiento tienen: Carboxisomas (enzimas para el ciclo de Calvin-Benson) Cianoticina (arginina, ácido aspártico - almacenamiento de nitrógeno)) Pueden ser unicelulares, coloniales o formar filamentos llamados tricomas (una fila de células en estrecho contacto) Heteroquistes Células especializadas utilizadas para la fijación de nitrógeno Se produce cuando el organismo está privado de nitrógeno La pared gruesa del heteroquiste impide la difusión del O2 en el heteroquiste, lo que inactivaría la nitrogenasa Géneros Chlamydia y Chlamydophila Inmóvil, cocoide, Gramnegativo Rango de tamaño de 0.2 a 1.5 um Las paredes celulares carecen de peptidoglicano Tienen genomas muy pequeños Parásitos intracelulares obligados con un ciclo de desarrollo único Filo Spirochaetes Bacterias gramnegativas, quimioheterótrofas Delgado, largo con forma helicoidal flexible Motilidad rastrera Fusobacterias Forma característica de huso Anaerobios obligados o facultativos Habitan tanto en sedimentos anóxicos como en hábitats orales e intestinales de mamíferos e insectos Puede causar infecciones oportunistas en humanos Filo Crenarchaeota Termófilo Muchos son dependientes del azufre La mayoría son anaerobios estrictos Algunos son acidófilos Filo Thaumarchaeota: Oxidantes de amoníaco, mesófilos Thaumarchaeol: un lípido de membrana único de arqueas, originalmente conocido como crenarchaeol. Muy extendido en la naturaleza (aguas marinas, suelo, agua dulce)