T2- Célula procariota PDF

T2: CÉLULA PROCARIOTA PARED Y MEMBRANA Clasificación: Células procariotas Características generales: - Ausencia de: Núcleo: presentan su material genético desnudo, disperso en el citoplasma. Orgánulos membranosos típicos de eucariotas: no tienen ni m...

T2: CÉLULA PROCARIOTA PARED Y MEMBRANA Clasificación: Células procariotas Características generales: - Ausencia de: Núcleo: presentan su material genético desnudo, disperso en el citoplasma. Orgánulos membranosos típicos de eucariotas: no tienen ni mitocondrias ni cloroplastos. Cito esqueleto: proteínas que organizan las estructuras internas de la célula e interviene en el tráfico, transporte y división celular. - Ribosomas 70 S. - Gran diversidad metabólica. Morfología: Estructura: Cápsula: - Capa gelatinosa externa de heterosacáridos: glicoproteínas, polisacáridos, polialcoholes, aminoazúcares. - Característica de los patógenos. Principales funciones: - Resistencia frente a desecación. - Protección frente agentes extraños (anticuerpos, bacteriófagos y células fagocitarias) - Adherencia a los tejidos (los péptidos que tienen por fuera). La presencia de cápsula no es un carácter específico, ya que determinadas bacterias pueden o no formarla en función de las condiciones del medio de cultivo. 1 BACTERIAS: Pared celular: - Presente en todas las bacterias excepto micoplasmas. - Envoltura rígida, exterior a la membrana, que da forma a la bacteria y soporta las fuertes presiones osmóticas de su interior. - Está formada por peptidoglicanos (mureina), que son heteropolímeros de azúcares y aminoácidos. Tinción de Gram: Las paredes de las bacterias pueden ser Gram negativas o Gram positivas, debido a las características de los peptidoglicanos: Las bacterias que se teñían: GRAM+ Las que no se teñían: GRAM- La pared G+ es una capa homogénea y espesa de peptidoglicano y polisacáridos. La pared G- tiene una capa delgada de peptidoglicano y una capa exterior, la membrana externa, similar a la membrana celular, con lipoproteínas y lipopolisacáridos. El periplasma es el espacio comprendido entre la membrana celular y la membrana externa. Peptidoglicano o mureina: N-acetilglucosamina (NAG) Ácido N-acetilmurámico (NAM) Las cadenas de los dos monosacáridos se unen entre sí por el: Tetrapeptido del glicano (formado por L-Alanina, D-Ácido glutámico, un aminoácido, D-Alanina). Diversidad del Peptidoglicano: - Presente en Bacteria. - Ni arqueas ni eucariotas presentan N-acetilmurámico (NAM) ni DAP (Ácido diaminopimélico). Características del peptidoglicano: 1. GRAM- poseen DAP (Ácido diaminopimélico). GRAM+ en su mayoría poseen Lisina 2. Presentan 2 aminoácidos con conformación D cuando los aminoácidos de las proteínas eucariotas siempre presentan la conformación L. 2 Pared celular GRAM+: Las cadenas de NAG y NAM están unidas por cadenas de tetrapéptido de glicano (L-Lisina). L-Lisina: aminoácido que ayuda a formar colágeno, una proteína que compone los huesos, tendones Ácidos teicoicos y lipoteicoicos: - Forman parte de la matriz de la pared celular de las GRAM+ y se unen al peptidoglicano a través del NAM mediante enlaces covalentes (confieren carga negativa). También pueden unirse a los lípidos de la membrana plasmática. - Son polímeros de glicerol y ribitol unidos por grupos fosfato y presentan otros azúcares y D- alanina (un aminoácido). - Proporcionan soporte a nivel estructural. Pared celular GRAM-: Las GRAM- no presentan enlace intermedio. El aminoácido que presentan en el tetrapeptidoglicano es el DAP (Ácido diaminapimélico) Estructura de los lipopolisacáridos (LPS): - También llamados endotoxinas. - Componente de la membrana externa de la pared celular de GRAM- fuera de la capa de peptidoglicano. - Desempeñan una importante función en la activación del sistema inmune al constituir el antígeno superficial más importante de este tipo de bacterias. LÍPIDO A: 2 derivados de la glucosamina, unidos a 3 ácidos grasos y grupo fosfato. Insertado en la membrana externa. Polisacárido central o núcleo: azúcares que varían según la bacteria. Cadena central O (Antígeno O): cadena polisacarídica de composición variable. GRAM+: GRAM-: 3 ARQUEAS: Pared celular de las arqueas: - No poseen peptidoglicano (su pared tiene una estructura diferente). - No poseen membrana externa. - Todas poseen algún tipo de estructura exterior a la membrana que funciona como pared. - Su pared celular presenta una amplia variedad de composición química. Puede ser: Pseudopeptidoglicano (pseudomureína). Capa superficial paracristalina o capa S. Polisacáridos. - Existen Archea sin pared (Thermoplsama). Pseudomureína: La pseudomureína es un peptidoglicano que no está basado en NAM, tiene NAT. Son unidades repetidas de NAG-->beta(1-3)-->NAT, N-acetil- talosaminurónico. La composición de los monosacáridos es diferente. - Sólo L-aminoácidos Capa S: capa de superficie No todas las Arqueas la tienen, pero pueden tener la capa S a parte de la pared. - Estructura proteica muy ordenada. - Es el tipo más común en las arqueas. - Constituida por proteínas o glicoproteínas. - Con estructura paracristalina. Membrana citoplasmática: Estructura: - Bicapa fosfolipídica con proteínas embebidas. - No presenta esteroles (colesterol); puede contener hopanoides de estructura similar al colesterol. - En arqueas, la membrana no está formadas por fosfolípidos, sino que por éteres de alcohol isoprenoide. Cm: membrana citoplasmática P: capa de peptidoglicano S: capa de superficie 4 Hopanoides en bacterias: - Moléculas pentacíclicas, tipo esteroles, sintetizadas a partir de los mismos precursores que los esteroides. - Su principal función es estabilizar las membranas plasmáticas de las bacterias (la hacen menos flexible). - No se encuentran en Arqueas. Amarillo: esteroles (colesterol) Verde: hopanoides (diplopteno) Lípidos de las membranas de Arqueas: - Difieren tanto de bacterias como de eucariotas. - Las Arqueas no tienen ácidos grasos en sus fosfolípidos de membrana sino derivados del isopropeno, molécula de 5C, precursor del fitano. - Las cadenas hidrofóbicas están unidas por enlaces éter y no éster. Bacteria y Eukarya Archea Los principales lípidos son diéteres de glicerol de 20C (fitanil) y los tetraéteres de glicerol 40C (bifitanil). Estos últimos forman monocapas que son resistentes a la disgregación, lo que explica que se encuentren en arqueas termofílicas. 5 Proteínas de la membrana citoplasmática: Constituyen la mayor parte de la membrana bacteriana (hasta el 80% en peso seco). Se distingue entre: - Proteínas integrales de membrana - Proteínas periféricas de membrana Transporte a través de la membrana: - Difusión pasiva o simple - Difusión facilitada (poco frecuente) - Transporte activo - Uniporte: la proteína transporta un único soluto. - Contransporte: Transporte acoplado de dos solutos. Uno de ellos se transporta a favor de su potencial electroquímico, lo que suministra la energía necesaria para transportar al segundo soluto en contra del potencial. Si se transportan ambos solutos en el mismo sentido se trata de un SINPORTE; si se transportan en sentidos opuestos, ANIPORTE. Funciones de la membrana citoplasmática procariota: - Barrera de osmótica: Mantiene constante el medio interno impidiendo el paso libre de sales y de compuestos orgánicos polares. - Barrera de permeabilidad: Gracias a sistemas de transporte, permite selectivamente el paso de sustancias entre el exterior y el interior (y viceversa). - Límite metabólicamente activo de la célula: Establece la frontera entre el citoplasma y el medio externo, impidiendo la pérdida de metabolitos y macromoléculas del citoplasma. - Anclaje de proteínas: Transporte, quimiotaxis - Interviene en procesos bioenergéticos (fotosíntesis, respiración) - Participa en la biosíntesis de componentes de la membrana, de la pared y de las cápsulas. - Participa en la secreción de proteínas. 6  CITOPLASMA Citoplasma procariota: El citoplasma procariota es la masa de materia delimitada por la membrana citoplasmática. En su interior se albergan: - Nucleoide: ADN - Plásmidos (no en todas) - Ribosomas 70S: suelen presentarse en grupo de 3 a 4 formando poliribosomas (grupo de ribosomas asociados a una cadena de ARN). - Inclusiones celulares (no en todas): gránulos de reserva que acumulan diferentes sustancias (orgánicas o inorgánicas) y ayudan a la célula en varias ocasiones; estas reservas pueden ser de: polisacáridos, lípidos o volutina (polifosfatos); o residuos metabólicos. NO tiene compartimentos membranosos: ni mitocondrias ni cloroplastos, ni un sistema de endomembranas. Nucleoide: - No tienen un núcleo definido, el ADN está disperso en el citoplasma (compactado). - Nucleoide: región que ocupa el ADN de las procariotas. - Son microorganismos haploides y solamente poseen 1 cromosoma CIRCULAR. - Genoma: una única molécula de ADN de doble cadena, circular superenrollada. Conjunto de genes contenidos en cromosomas. Célula haploide y diploide: Haploide: (n) Una célula haploide es aquella que contiene un solo juego de cromosomas o la mitad del número normal de cromosomas que en células diploides. - Los organismos que se reproducen asexualmente son haploides. - En los seres humanos, sólo los óvulos y los espermatozoides son haploides. Diploide: (2n) Las células diploides son las células que tienen un número doble de cromosomas, es decir, poseen dos series de cromosomas. Presentan en su núcleo dos juegos de cromosomas homólogos. Plásmido: - Constituyen material genético extracromosómico (la información que codifican no es imprescindible para la supervivencia de la bacteria). - Son secuencias cortas de ADN circular bicatenario, que pueden replicarse independientemente del ADN cromosómico y son heredados por las células hijas (o no). - Los plásmidos están separados del cromosoma bacteriano. No son esenciales, pero proveen ventajas selectivas: Resistencia a antibióticos Nuevas capacidades metabólicas (les permite sobreviveir en ambientes distintos) Patogénicas (cuando codifican para factores de virulencia como toxinas…) - Pueden transferirse de bacteria a bacteria mediante conjugación. 7 Plásmidos en biotecnología: Los plásmidos se utilizan mucho en biotecnología, como, por ejemplo: Para producir una proteína determinada como la INSULINA. Ribosomas 70s: Estructuras libres en el citoplasma formadas por proteínas y por ARN. S: coeficiente de sedimentación - Su coeficiente de sedimentación es de 70S (a diferencia de la célula eucariota que es de 80S) con dos subunidades de 50S y de 30S. - Su función es la síntesis proteica y su cantidad aumenta cuando la bacteria crece en medios ricos. - Muchos antibióticos actúan inhibiendo la síntesis proteica en los ribosomas procariotas: estreptomicina, gentamicina, eritromicina, cloranfenicol. Antibióticos inhiben la síntesis proteica: las tetraciclinas, as glucilciclinas, el cloranfenicol, los macrólidos y los cetólidos, etc. Inclusiones bacterianas: Gránulos de almacenamiento de material orgánico o inorgánico. Constituyen reservas de fuentes de C o N (inclusiones orgánicas) y de P o S (inclusiones inorgánicas). Orgánulos citoplasmáticos procariotas: - Vacuolas de gas. - Magnetosoma. - Gránulos de PHB. - Gránulos metacromáticos. - Glóbulos de reserva de azufre. - Carboxisomas. - Cristal parosporal. 8 Vacuolas de gas: (contienen gas para que floten) - Orgánulos refringentes formados por estructuras fusiformes, huecas y rígidas, llenas de gas. - Confieren flotabilidad en hábitats acuosos. - Pueden modificar su situación dentro de la célula dependiendo de la cantidad de gas que tienen dentro. Si tienen mucho gas estarán más arriba, si tienen poco gas estarán abajo. - Su membrana es impermeable al agua, pero permeable a los gases. Constituida por dos tipos de proteínas: La mayoritaria GvpA: pequeña, rígida y muy hidrófoba. Su rigidez es esencial para que las vacuolas de gas aguantes presiones externas. La minoritaria GvpC: refuerza las vesículas de gas. Función: Mantener un grado de flotabilidad óptimo en los hábitats acuáticos a las bacterias que las poseen, permitiéndoles alcanzar la profundidad adecuada para su modo de vida (según los casos, para obtener una intensidad adecuada de luz, concentración óptima de oxígeno o de otros nutrientes). Magnetosomas: (Fe3O4)- para que la bacteria se sitúe en una zona que le sea beneficiosa. Partículas intercelulares del mineral férrico magnetita, que actúan como orgánulos sensores del campo magnético terrestre. Magnetotaxis: proceso por el cual las bacterias se orientan siguiendo las líneas de un campo magnético. Solamente pueden hacer esto las que tienen magnetosomas, si no los tienen, no se pueden orientar siguiendo el campo magnético. Magnetosomas Gránulos de PHB: (Poli-Hidroxibutirato) - Acúmulos del poliéster del ácido beta-hidroxibutírico (= 3-hidroxibutírico). - Reserva osmóticamente inerte de C. - Visibles al microscopio óptico, debido a su elevado índice de refringencia. - Hay bacterias que la pueden utilizar como fuente de energía si no encuentran ninguna otra fuente. Gránulos metacromáticos: (Polifosfato) - Son acúmulos de polifosfato. - Representan un modo osmóticamente inerte de almacenar fosfato. - Su nombre alude al efecto metacromático (cambio de color): cuando se tiñen con los colorantes blancos básicos azul de toluidina o azul de metileno envejecido, se colorean de rojo. También pueden ser utilizados para obtener energía. 9 Glóbulos de reserva de azufre: Glóbulos muy refringentes de azufre S0 que actúan como reserva cuando en el medio se agote el sulfuro. Aparecen en 2 grupos de bacterias: - Bacterias purpúreas del azufre (que usan el SH2 como donador de electrones para la fotosíntesis). - Bacterias filamentosas no fotosintéticas como Beggiatoa, Thiomargarita o Thiothrix, que lo usan como donador de electrones para sus oxidaciones. Carboxisomas: Estructuras presentes en bacterias fotoautótrofas (cianobacterias) donde acumulan una enzima necesaria para la fijación del CO2 y poder realizar la fotosíntesis. Cristal parosporal: - Proteína cristalina tóxica que se forma alrededor de la endospora (estructuras de resistencia) de ciertas bacterias (bacillus). - Se usa como insecticida; y son capaces de matar al organismo en el que estén. 10  APÉNDICES Apéndices externos procariotas: FLAGELOS FIMBRIAS PILIS Función Movimiento Adhesión Conjugación bacteriana Nº/ Forma Pocos y Cubren toda la Más largos que las largos. superficie y son fimbrias y poco cortos. numerosos. Composición Proteínas globulares de disposición helicoidal. A través de los pilis pueden pasar plásmidos. Flagelo bacteriano: Estructura filamentosa que sirve para impulsar la célula bacteriana rotando como una hélice. - Son finos (20 nm) - La movilidad y, por lo tanto, la presencia de flagelos constituye un factor de virulencia. Bacterias Polaridad Aspecto: Monótricas Polar Anfítricas Polares Lofótricas Polares múltiples Perítricas Periféricos múltiples Estructura filamento bacteriano Filamento: estructura de hélice rígida constituida por subunidades de flagelina (proteína). La flagelina corresponde al antígeno H. *Antígenos O: LPS de la pared de las bacterias GRAM-. Gancho o codo: Estructura curva formada por una sola proteína diferente a la flagelina. Conecta al cuerpo basal con el filamento de flagelina. Cuerpo basal: - Inmerso en pared y membrana. - Ancla el flagelo al cuerpo celular. - Está relacionado con la función de motor flagelar. 11 Flagelos GRAM- y GRAM+: En Gram-: dos parejas de anillos atravesados por un cilindro para anclarse en la membrana. En Gram+: una pareja de anillos atravesada por un cilindro. Gram - Gram + Desplazamiento bacteriano: La dirección de la rotación flagelar determina la naturaleza del movimiento bacteriano: - La rotación en dirección contraria a las agujas del reloj permite el movimiento de avance. - La rotación en el sentido de las agujas del reloj hace que las células den vueltas. Otros movimientos flagelares: Células con flagelos polares cambian de dirección por rotación flagelar reversible o por flagelos unidireccionales que se detienen periódicamente para cambiar de dirección ya que solo presentan un solo sentido de rotación. Tactismos bacterianos: Tactismo: movimiento bacteriano como respuesta sensorial a un gradiente físico o químico (las bacterias pueden moverse huyendo de algo o en dirección a algo). Aerotaxis: migración ante un gradiente de O2: - Bacterias anaeróbicas: aerotaxis negativa (se mueven huyendo del oxígeno) - Bacterias microaerófilas: atraídas hacia tensiones de O2 menores que la atmosférica (viven en ambientes que necesitan menos tensión de oxígeno). - Bacterias aerobias y facultativas: aerotaxis positiva (se mueven buscando el oxígeno). Fototaxis: migración en función de la luz. Si las bacterias dependen de la luz para conseguir energía, se pueden mover buscando zonas donde haya más luz - Tienen fotoreceptores que harán que la bacteria se mueva a zonas donde haya más luz. Quimiotaxis: migración ante un gradiente espacial de una sustancia química. Magnetotaxis: migración siguiendo las líneas de un campo magnético. 12 Fimbria: (no son estructuras de movimiento) Estructuras filamentosas, proteicas. Se diferencian de los flagelos por su diámetro (menor a 8nm) y por no poseer estructura helicoidal. Funciones de adherencia bacteriana a receptores específicos y superficiales, jugando un papel fundamental en la colonización y en la virulencia bacteriana. Favorecen la entrada de a bacteria dentro de la célula. Pilis sexuales: - Similares a las fimbrias, pero más largos y en poca cantidad (2 o 3 por célula). - Intervienen en el intercambio genético entre bacterias: CONJUGACIÓN. Endosporas: (son más típicas en GRAM+) Estructura especial inactiva de resistencia. - No todas las bacterias son capaces de hacer endosporas pero algunas, cuando están en situación de estrés ambiental, son capaces de formarlas. - Se introduce en ellas el material genético y lo imprescindible para vivir, se encapsula al máximo la estructura para que sea capaz de sobrevivir en el ambiente desfavorable. La bacteria se lisa (se rompe) y se quedan solamente estas esporas. Las esporas cuando llegan a un lugar más favorable son capaces de volver a germinar y hacer que vuelva a crecer la bacteria. Son muy difíciles de eliminar. - Se forman bajo condiciones de estrés. Confieren resistencia al calor, radiación UV, desecación y desinfectantes químicos. - Producidas principalmente por los géneros Bacillus y Clostridium (Gram +). - Permiten la supervivencia en ambientes desfavorables (permanecen viables por meses, años). Pueden sobrevivir a la cocción 1 o más horas. - Destinadas a proteger el ADN. - Después de la activación, la disponibilidad de nutrientes dispara la germinación y el crecimiento. - Gran importancia en microbiología alimentaria, industrial y médica. 13 Nutrición: En función de los En función de cómo En función de los requerimientos nutricionales obtienen el alimento requerimientos de oxígeno - Autótrofas - Saprófitas - Aerobias o - Heterótrofas - Fermentadoras microaerófilas § Quimiosintéticas - Simbiontes - Anaeróbias: estrictas o § Fotosintéticas - Parásitas facultativas En función de los requerimientos de oxígeno: 1. Aerobias: necesitan oxígeno para sobrevivir siempre. 2. Microaerófilas: necesitam tensiones específicas de oxígeno Anaeróbicas: 1. Estrictas: no pueden desarrollarse con la presencia de oxígeno 2. Facultativos: no necesitan oxígeno Fuentes de carbono y energía: - Según la fuente de carbono, los seres vivos se dividen en: Autótrofos: A partir de CO2 sintetizan materia orgánica Heterótrofos: A partir de materia orgánica sintetizan materia orgánica. - Según la fuente de energía, los seres vivos pueden ser: Fotótrofos: la luz Quimiótrofos: compuesto químico que se oxida. Obtención de alimento: Saprófitas: se alimentan de sustancias en descomposición (putrefacción). Parásitas: viven a costa de otro organismo, causando enfermedades. Tienen que entrar en otras células para obtener la materia orgánica para sobrevivir. Simbióticas: se asocian con otros organismos intercambiando funciones necesarias para la vida (no se producen ningún daño). Ejemplos: microbiota del aparato intestinal, viven en las raíces de las plantas y consiguen nutrientes. Fermentadoras: transforman sustancias orgánicas. Por ejemplo, las Bacterias lácticas, ya que a partir de ellas se obtiene queso y yogur de la leche o, el vino del mosto de uva. 14 Bacterias: Beneficiosas Patógenas - Alimentación: producción de quesos, - Gastroenteritis yogur, vino. - Conjuntivitis - Fijación nitrógeno - Legionelosis - Medicina - Tuberculosis - Resistencia - Neumonía - En el cuerpo humano: piel, boca, - Etc. intestino y flora vaginal Arqueas: - No son patógenos ni parásitos: no provocan enfermedades. - Son microorganismos extremófilos. Incluyen 3 grupos: Halófilas: viven en ambientes hipersalinos. Usan la luz solar como fuente de energía (fotoautótrofas o fotoheterótrofas) Metanogénicas: son anaeróbias obligadas que producen metano CH4. - No toleran exposiciones al aire (O2) - Usan H2 como fuente de energía (quimioautótrofas) y el CO2 como fuente de carbono (autótrofas). - Frecuentes en el trayecto digestivo de animales, ayudan a digerir celulosa. Termófilas extremas (Termoacidófilas): crecen a pH bajo y a temperaturas muy altas. Reproducción: - La reproducción es ASEXUAL, por bipartición, previa duplicación del ADN o por gemación. - No hay intercambio de material genético y la célula hija es idéntica a la progenitora. - No existe reproducción sexual, pero si los FENÓMENOS PARASEXUALES, en los que se transfieren fragmentos de material genético (episomas) de una bacteria donadora a una bacteria receptora. Bipartición: partimos de una célula, el material genético se duplica, se forman todas las estructuras y se obtienen dos células hijas que son iguales que las progenitoras. Gemación: El material genético se duplica pero solamente se separa de la célula inicial una pequeña parte que después crecerá y acabará formando una célula igual que la anterior. 15 FENÓMENOS PARASEXUALES: Transformación: Es la captación de material genético del medio por una bacteria receptora. Se puede quedar en forma de plásmido o se puede incorporar al material genético. 1. La bacteria se lisa 2. El material genético se queda en el medio. 3. La bacteria receptora lo incorpora. 4. Puede quedarse en forma de plásmido o se incorporado al material genético. Transducción: Se transfieren fragmentos génicos desde la bacteria donadora a la receptora a través de virus bacteriófagos. No todos los virus acaban lisando las bacterias y por tanto, si no se destruyen el material genético se queda dentro de la bacteria. Conjugación: Se transfieren plásmidos conjugativos a través de pelos sexuales (pili). Existe contacto unidireccional entre bacteria donadora (F+, tienen plásmido F) y bacteria (F-). Una vez tienes el plásmido F+, la bacteria puede formar el pili y traspasar el plásmido a otra bacteria. 16