Tema 2: Niveles de organización de los seres vivos: procariotas y eucariotas - Bioquímica clínica 1º Enfermería - PDF

Tema 2 1. Niveles de organización de los seres vivos: procariotas y eucariotas. 2. Breve intoducción a la microbiología. Bioquímica clínica. 1º Enfermería Tema 2 NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS: PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS  Tipos de células Procariotas (...

Tema 2 1. Niveles de organización de los seres vivos: procariotas y eucariotas. 2. Breve intoducción a la microbiología. Bioquímica clínica. 1º Enfermería Tema 2 NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS: PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS  Tipos de células Procariotas (pro = previo Eucariotas (eu = buen, karyon = núcleo): son a, karyon = núcleo): son células que contienen un núcleo y orgánulos células sin núcleo. Incluye rodeados por membranas. Los protozoos, las las bacterias y las arqueas algas, los hongos, las plantas y los animales (organismos unicelulares). son ejemplos de seres vivos compuestos por células eucariotas. Las células eucariotas se encuentran tanto en organismos unicelulares (ej. S. cerevisiae) como pluricelulares. Diferencias entre procariotas y eucariotas LA CÉLULA PROCARIOTA  La célula procariota Las células procariotas son más pequeñas, más simples y más antiguas que las eucariotas. Las primeras células que aparecieron en la Tierra fueron las células procariotas hace unos 3500 millones de años. Se cree que esta forma celular procariota fue la única durante los primeros 1500 a 2000 millones de años de la vida en la Tierra. Procariota significa anterior al núcleo, es decir, no tienen el ADN encerrado en un compartimento membranoso.  La célula procariota Los procariotas constituyen un grupo heterogéneo de organismos unicelulares. Se dividen en dos grandes grupos: arqueas (organismos bastante desconocidos que habitan ambientes extremos) y bacterias. La organización general es similar en ambos tipos de procariotas: Ambos tienen una región llamada nucleoide donde se encuentra un ADN circular. El nucleoide está en el citoplasma, el cual está delimitado por una membrana celular que separa el interior y el exterior de la célula. Por fuera de la membrana celular aparece la pared celular (estructura semirrígida que mantiene la forma celular y protege a la célula). Exteriormente a la pared se encuentra la cápsula. En las llamadas bacterias gram negativas, hay una membrana adicional entre la pared celular y la cápsula. Tanto bacterias como arqueas pueden poseer apéndices: flagelos (para su movilidad y pilis (para el intercambio de material genético).  Diferencias entre bacterias y arqueas A pesar de estas semejanzas estructurales, y otras moleculares, las arqueas y las bacterias tienen una serie de diferencias fundamentales en todos los niveles celulares: ADN, metabolismo, membrana celular y cápsula.  Teoría endosimbiótica La teoría endosimbiótica establece que las mitocondrias y cloroplastos provienen de células procariotas que vivían libremente y que fueron engullidos por una célula hospedera más grande, dando lugar a las célula eucariotas primigenias. En una primera endosimbiosis, dos procariotas, una arquea y una bacteria, se fusionaron. Antes, durante, o después de la fusión, la arquea desarrolló todo un sistema de orgánulos membranosos y un citoesqueleto, y la bacteria se convirtió en la mitocondria actual. En una segunda fusión, alguna de estas nuevas células engulló una procariota con clorofila, (probablemente similar a las cianobacterias actuales), que con el tiempo se transformó en los cloroplastos actuales, resultando en las células eucariotas fotosintéticas como las algas y las plantas, que poseen tanto mitocondrias como cloroplastos. LA CÉLULA EUCARIOTA La célula eucariota Tema 5  Membrana celular La membrana plasmática (o membrana celular), se encuentra en todas las células (bacterias, células animales y vegetales etc.) y separa el interior de la célula del ambiente exterior: delimita y da soporte a la célula. Se compone de una bicapa lipídica que es semipermeable. Regula el transporte de materiales que entran y salen de la célula y, por su parte exterior, está involucrada en reconocimiento celular, permitiendo a las células interactuar unas con otras.  Componentes de la membrana celular Los principales componentes de la membrana plasmática son los lípidos (fosfolípidos y colesterol), las proteínas y grupos de carbohidratos que se unen a algunos de los lípidos (fosfolípidos y colesterol) y proteínas en una proporción al 50%: El fosfolípido es un lípido compuesto por una cabeza polar de glicerol con un grupo fosfato y dos colas de ácidos grasos. Hay muchos tipos de fosfolípidos que, en conjunto, representan la mayoría de lípidos de la membrana y que se disponen en forma de bicapa lipídica (T1 y 5). El colesterol es un lípido compuesto de cuatro anillos de carbono fusionados, se encuentra junto a los fosfolípidos en el interior de la membrana y representa el 25% de los lípidos totales (T5). Fosfolípido  Componentes de la membrana celular Las proteínas pueden extenderse parcialmente dentro de la membrana plasmática, atravesarla por completo o estar unidas a su cara interna o externa. Son responsables del transporte de la mayoría de sustancias a través de canales y transportadores (T7). Los grupos de carbohidratos están presentes solo en la superficie externa de la membrana plasmática y están unidos a proteínas (glicoproteínas) o a lípidos (glicolípidos) formando el glicocálix, que tienen funciones de reconocimiento celular (T3).  Citosol El citosol es la parte del citoplasma sin los orgánulos y sin el núcleo, mientras que el citoplasma es todo el contenido celular, excepto el núcleo (incluyendo el citosol). El citosol es una sustancia acuosa semifluida que rodea a los orgánulos y al núcleo. Es el medio por el que se mueven los iones, moléculas y vesículas del interior de la célula, y donde ocurren la mayoría de reacciones metabólicas (ej. glicolisis), traducción de las proteínas en los ribosomas libres, cascadas de señalización etc. Está formado en su mayor parte por agua en la que se encuentran disueltas una enorme cantidad de moléculas e iones que hacen del citosol un fluido viscoso. Es un medio tamponado con pH entre 7 y 7,4. También en el citosol se encuentra el citoesqueleto.  Citoesqueleto El citoesqueleto es una organización interna estructural y funcional establecida por una serie de filamentos proteicos (microfilamentos de actina, microtúbulos y filamentos intermedios) que forman un entramado resistente y dinámico que se extiende a través del citoplasma y del interior del núcleo. No es un entramado inerte y fijo, sino que es una estructura muy cambiante. Gracias al citoesqueleto las células se pueden mover, se establece y cambia la forma celular, se establece la polaridad de algunas células, se consigue la disposición adecuada de los orgánulos, se realizan los procesos de endocitosis y exocitosis, se lleva a cabo la división celular (meiosis y mitosis), resiste presiones mecánicas etc. Células endoteliales con los microtúbulos en verde, la actina en rojo y el núcleo azul.  Núcleo El núcleo es el compartimento donde se encuentra el ADN y toda la maquinaria necesaria para su replicación y transcripción. Es por tanto el lugar donde se produce la replicación del ADN y su transcripción a ARN. Los ribosomas también se producen en el núcleo, aunque tanto el ARNm como las subunidades del ribosomas salen del núcleo a través de los poros nucleares hasta el citosol donde se produce la traducción del ARN a proteína. El número de núcleos es normalmente uno por célula, aunque puede haber más (ej. célula muscular esquelética) y su forma suele ser redondeada aunque hay excepciones (ej. neutrófilos). El núcleo consta de: la envuelta nuclear (con su membrana externa, interna y su espacio perinuclear) y el nucleoplasma. Recubriendo internamente la membrana interna se encuentra la lámina nuclear. En el nucleoplasma se encuentran el ADN y sus proteínas asociadas formando la cromatina, que si está muy compactada se denomina heterocromatina y si aparece más laxa se denomina eucromatina.  Dogma central de la biología molecular Muchos genes proporcionan instrucciones para producir proteínas. Este proceso consta de dos pasos: 1. Tanscripción: la secuencia de ADN de un gen se copia para obtener una molécula de ARN. En eucariotas, la molécula de ARN debe someterse a un procesamiento para convertirse en un ARN mensajero (ARNm) maduro. 2. Traducción: la secuencia de ARNm se decodifica para especificar la secuencia de aminoácidos de una proteína.  Dogma central de la biología molecular Según el dogma central de la biología molecular, durante la expresión de un gen codificante de proteína, la información fluye de ADN -> ARN -> proteína. Los genes no codificantes (genes que producen ARN funcionales) también se transcriben para producir ARN, pero este ARN no se traduce en proteína. Para cualquier tipo de gen, el proceso de pasar de ADN a producto funcional (proteína o ARN funcional) se conoce como expresión génica.  Ribosomas Un ribosoma es una estructura formada por ARN y proteínas y es el sitio en el que ocurre la síntesis proteica en las células. Esta formado por dos subunidades (mayor y menor) que se producen en el núcleo y se ensamblan en el citosol, donde se encuentran en forma libre o unidos al RE rugoso o al núcleo. El ribosoma lee la secuencia del ARN mensajero (ARNm) y traduce ese código genético en una serie especificada de aminoácidos, que crece y forma cadenas largas que se pliegan y forman proteínas.  Retículo endoplásmico El retículo endoplasmático (RE) es un complejo sistema de túbulos y cisternas delimitados por membranas que están interconectados entre sí compartiendo el mismo espacio interno. Se organiza en tres dominios: RE liso, RE rugoso y envuelta nuclear. El RE rugoso se encarga de la síntesis de proteínas: la síntesis de proteínas se inicia en los ribosomas libres del citosol y termina en el interior un túbulo o de una cisterna del RE o bien formando parte de sus membranas. Las funciones del RE liso son diversas: 1. Síntesis de lípidos (glicerofosfolípidos, colesterol, triglicéridos, hormonas esteroideas, ácidos biliares, lipoproteínas). 2. Detoxificación (células hepáticas). 3. Reservorio de calcio (importante en el proceso de contracción muscular). 4. Desfosforilación de la glucosa-6 fosfato (T4).  Aparato de Golgi El RE se comunica principalmente con el aparato de Golgi (AG). Ambos orgánulos son el primer y segundo paso de la vías secretora, respectivamente. Funciones: 1. Es uno de los principales centros de glicosilación en la célula: se añaden y modifican glúcidos que formarán parte de otras moléculas (glicoproteínas, proteoglicanos, glicolípidos y polisacáridos). 2. En el AG se terminan de sintetizar los esfingolípidos y se ensamblan las apoliproteínas. 3. Es un centro de reparto de moléculas que provienen del RE o que se sintetizan en el propio AG. Unas vez procesadas en el AG, las diferentes moléculas son seleccionadas y empaquetadas en vesículas diferentes para dirigirse a sus respectivos destinos.  Mitocondria Las mitocondrias son las "centrales energéticas" de la célula, ya que, mediante un proceso denominado respiración celular, rompen las moléculas de combustible que ingerimos para liberar la energía química que contienen. Su función principal es, por tanto, producir un suministro constante de adenosín trifosfato (ATP), la molécula energética principal de la célula. Al proceso de producir ATP a partir de moléculas de combustible como los azúcares se le llama respiración celular y muchos de sus pasos suceden dentro de las mitocondrias.  Mitocondria Aunque las mitocondrias se encuentran en la mayoría de las células humanas (también en la mayoría de las células de otros animales y plantas), su número varía según la función de la célula y la energía que necesita. Ej. las células musculares requieren grandes cantidades de energía y mitocondrias, mientras que los glóbulos rojos (especializados en transportar oxígeno), carecen de ellas.  Mitocondria Las mitocondrias están suspendidas en el citosol gelatinoso de la célula. Tienen forma ovalada y dos membranas: una membrana externa (rodea el todo el organelo), y una membrana interna (con muchos pliegues hacia el interior llamados crestas que aumentan la superficie). El espacio entre las membranas se conoce como espacio intermembranoso, y el compartimento encerrado por la membrana interna se llama la matriz mitocondrial. La matriz contiene ADN mitocondrial y ribosomas.  Lisosomas Los lisosomas son orgánulos celulares que contienen enzimas digestivas. Son los encargados de reciclar restos celulares de desecho, pueden destruir virus y bacterias invasoras. También participan en la muerte celular programada (apoptosis) si la célula es dañada y no puede ser reparada. El número de lisosomas que posee una célula puede cambiar según las necesidades celulares. Ej. durante la escasez de alimentos las células incrementan el número de lisosomas para degradar el interior celular. Tema 2 BREVE INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA  Un poquito de historia... Robert Hooke (1635 – 1703) fue un científico inglés que acuñó el término célula. En 1665 publicó el libro Micrographia, el relato de 50 observaciones microscópicas con detallados dibujos. Hooke descubrió las células observando en el microscopio una laminilla de corcho, dándose cuenta de que estaba formada por pequeñas cavidades poliédricas que recordaban a las celdillas de un panal. A cada cavidad la llamó célula.  Un poquito de historia... En 1667 Van Leeuwenhoek (1632-1723) observó por primera vez células vivas en espermatozoides humanos y de protozoarios. Se le considera el primer microbiólogo. Se enfrentó a la teoría de la generación espontánea demostrando que gorgojos, pulgas y mejillones se desarrollaban a partir de huevos diminutos.  La teoría celular En sus estudios de plantas y células de animales durante principios del siglo XIX, el botánico alemán Matthias Jakob Schleiden y el zoólogo alemán Theodor Schwann reconocieron las similitudes fundamentales entre los dos tipos de células. En 1839, propusieron la teoría celular.  La teoría celular La teoría celular es un principio fundamental en biología y medicina e incluye los siguientes 3 postulados: 1. Todo ser vivo está formado por una o más células. 2. La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos (es la unidad básica de la vida, la forma de vida más pequeña). 3. Toda célula procede de otra célula preexistente. Posteriormente se estableció que el material hereditario (ADN) pasa de la célula madre a las células hijas. ¿Qué organismos estudia la microbiología? ¿Qué organismos estudia la microbiología? Eukaryotes Prokaryotes Viruses organismos acelulares (inertes) que necesitan infectar una célula viva para poder replicarse BACTERIAS  Bacterias Las bacterias son organismos microscópicos procariotas unicelulares. Se encuentran en casi todas las partes de la Tierra (algunas especies pueden vivir en condiciones realmente extremas de temperatura y presión) y son vitales para los ecosistemas del planeta. El cuerpo humano está lleno de bacterias, de hecho se estima que contiene más bacterias que células humanas. La mayoría de bacterias que se encuentran en el organismo no producen ningún daño (flora saprófita), al contrario, algunas son beneficiosas. Una cantidad relativamente pequeña de especies son las que causan enfermedades (bacterias patógenas). Las bacterias también son muy importantes para la biotecnología.  Bacterias Las bacterias se clasifican morfológicamente en:  Vibrio cholerae Incluye a los vibriones (bacterias con forma de coma ortográfica) y las espiroquetas (bacterias en forma de sacacorchos).  Bacterias La organización estructural de la célula bacteriana es simple si la comparamos con la célula eucariota: Pared celular Membrana celular Nucleoide: área donde se localiza el genoma (ADN circular) Ribosomas Estructuras externas: cápsulas o apéndices Cuerpos de inclusión  ADN bacteriano El genoma de la célula procariota es una única molécula circular de ADN bicatenario que NO está rodeada de membrana nuclear. Independientes de ese cromosoma y solo en algunas bacterias pueden existir plásmidos: pequeñas moléculas circulares de ADN bicatenario que codifican genes que usualmente aportan una ventaja evolutiva a las bacterias que los contienen.  Citoplasma En el citoplasma, aparte del genoma, solo se observan ribosomas y cuerpos de inclusión, puesto que las bacterias no poseen ningún orgánulo rodeado de membrana: Los ribosomas se encuentran de forma libre y realizan la síntesis proteica. Son diferentes a los ribosomas eucariotas (más pequeños y diferente composición), lo que les hace diana para diferentes fármacos antibióticos. Las inclusiones son gránulos de reserva de distintas sustancias que se encuentran dispersas y sin membrana que las rodee. Pueden contener nutrientes o incluso gas (flotación).  Membrana celular La membrana plasmática de las bacterias es una estructura es muy similar al de las células eucariotas (doble bicapa lipídica formada por fosfolípidos y proteínas) con la diferencia de que no con tienen colesterol (únicamente los micoplasmas, pequeños parásitos intracelulares, presentan colesterol en su composición). Algunas bacterias (las Gram-) presentan una segunda membrana más exterior.  Pared celular La pared es una estructura imprescindible para la supervivencia bacteriana y se encuentra en todas las bacterias excepto en las especies de Mycoplasma. Está compuesta de peptidoglicano o mureína, que está formado por cadenas de polisacáridos compuestas por los azúcares N-acetil-glucosamina (NAG) y el ácido N- acetilmurámico (NAM) intercalados entrecruzadas por péptidos (T3). Las paredes celulares bacterianas son diferentes de las paredes de plantas y hongos que están hechas de celulosa y quitina, respectivamente.  Pared celular Según su pared celular, las bacterias se dividen en Gram positivas o Gram negativas. Gram negativas: la capa de Gram positivas: la pared celular peptidoglicano es más fina y se contiene una capa gruesa de encuentra rodeada por a una segunda peptidoglicano, además de ácidos membrana lípida exterior que contiene teicoicos y lipoteicoicos que se unen lipopolisacáridos. al peptidoglicano o a la membrana celular, respectivamente.  Tinción de Gram Es un tipo de tinción de bacterias diferencial. Se basa en la tinción de todas las bacterias mediante cristal violeta o violeta de genciana. Posteriormente, se decoloran los microorganismos con alcohol- acetona y se contratiñen con safranina (rosa). Las bacterias Gram-, al tener una capa fina de peptidoglicano, se decoloran (el colorante violeta puede escapar), mientras que las Gram+ siguen manteniendo la coloración. La contratinción con rosa sirve para diferenciarlas mejor. Tinción de Gram  Estructuras externas: cápsula La cápsula es la capa más externa que puede estar ausente en algunas bacterias, aunque aparece en casi todas las patógenas ya que participa en los procesos de adhesión. Funciones: servir de barrera de permeabilidad, evitar la desecación, impedir la fagocitosis, bloquear la infección de bacteriófagos, promover la adhesión bacteriana, mediar el reconocimiento y la interacción con otros organismos, servir como reservorio de nutrientes y actuar como sistemas de intercambio de iones. Está formada por polisacáridos y/o proteínas y tienen un espesor variable: macro y microcápsulas (son más rígidas), las capas mucosas (slime-layers) son más pegajosas (su componente principal son polisacáridos) y son capas difusas débilmente asociadas a la superficie celular.  Estructuras externas: apéndices Los apéndices son estructuras que pueden estar presentes en la parte externa de algunas bacterias y cuyas funciones son las de movilidad o adherencia. APÉNDICES DE MOVILIDAD: 1. FLAGELOS: Impulsan a la bacteria. Las bacterias flageladas pueden tener entre uno y 20 flagelos por célula en diferentes disposiciones. 2. FILAMENTO AXIAL: Movimiento en forma de sacacorchos. Presente en las espiroquetas.  Estructuras externas: apéndices Los apéndices son estructuras que pueden estar presentes en la parte externa de algunas bacterias y cuyas funciones son las de movilidad o adherencia. APÉNDICES DE ADHERENCIA: 1. FIMBRIAS: Pequeños filamentos que rodean la bacteria. Su número varía entre 100 y 1000 por bacteria. Gran importancia en adhesión microbiana. 2. PILLI o Pelo F: Sirve para que la bacteria transmita su información genética a otra bacteria en un proceso denominado conjugación bacteriana. Cuando está presente sólo hay uno por célula. VIRUS  Virus Un virus es un microorganismo infeccioso muy simple (no celular) que consta de un segmento de ácido nucleico (ADN o ARN, de doble o simple cadena) rodeado por una cubierta proteica. Algunos pueden tener además una envoltura alrededor de la cápsula. Un virus no puede replicarse solo sino que debe de infectar a las células y usar componentes de su huésped para fabricar copias de sí mismo. Con frecuencia, un virus termina matando la célula huésped en el proceso, lo que causa daño en el organismo huésped. Algunos ejemplos bien conocidos de virus que causan enfermedades en seres humanos incluyen el SIDA, la COVID-19, el sarampión y la viruela. https://www.youtube.com/watch?v=7KXHwhTghWI  La morfología de los virus es variada La morfología de los virus puede ser helicoidal, icosaédrica o compleja. Los virus complejos incluyen los poxvirus, bacteriófagos y geminivirus. Ejemplo: Geminivirus  Tamaño de los virus Los virus se encuentran entre los microorganismos más pequeños, por lo general varían entre 0,02 y 0,3 micrómetros, aunque recientemente se han descubierto varios virus muy grandes de hasta 1 micrómetro.  Clasificación de los virus Los virus se clasifican principalmente por características fenotípicas, como su morfología, tipo de ácido nucleico, tipo de proteínas, ciclo replicativo, organismos huéspedes (virus de plantas, de animales o de bacterias) y el tipo de enfermedad que causan. La clasificación de Baltimore clasifica a los virus en 7 grupos (I, II, III, IV, V, VI y VII) en función de su genoma, que puede ser tanto ADN como ARN, y en ambos casos puede ser de cadena simple (monocatenario, ss) o doble (bicatenario, ds).