Presentaciones.pdf - Estructuras subcelulares de los Microorganismos PDF

Estructuras subcelulares de los 1 Microorganismos Modificado de S. Mau 2015 Taxonomía 2 ARCHAEA 3 Proviene del griego: Archaios que significa antiguo Se caracterizan por que la mayoría habitan en ambientes acuáticos y terrestres extremos...

Estructuras subcelulares de los 1 Microorganismos Modificado de S. Mau 2015 Taxonomía 2 ARCHAEA 3 Proviene del griego: Archaios que significa antiguo Se caracterizan por que la mayoría habitan en ambientes acuáticos y terrestres extremos Su genoma es considerablemente más pequeño 4 Structural and Functional Relationships in Prokaryotes (Barton, 2004) 5 Archaea 6  Estructuras extracelulares compuesta de polisacáridos, polipéptidos o ambos Glicocálix Pude estar involucrado en el establecimiento de biofilms (unión célula-célula o unión a los ambientes) Confiere la capacidad de movimiento, aunque más lento que el domino bacteria Estructura 10–14 nm de diámetro (más delgados) externas Flagelos y no poseen un canal central. Poseen en su superficie algunos carbohidratos (condición única) Función similar a los del dominio bacteria. Algunas poseen una estructura de Fimbrias composición proteica similar a una fimbria: Hami (sing. hamus) Microbiology with Diseases by Taxonomy, Cap 3. (Bauman, 2014) 8  Compuesta de proteínas especializadas o polisacáridos. Carecen de Pared peptidoglicanos celular Gram negativas: capa de proteínas exterior a la membrana. Gram positivas: pared celular delgada Lípidos que carecen de grupos fosfatos con enlaces tipo éter. Estructuras Membrana Enlace éter es más fuerte que el enlace tipo éster, permitiéndoles establecerse en ambientes extremos. Al igual que las bacterias poseen ribosomas 70S, citoesqueleto suspendido. No poseen organelas membranosas. Citoplasma Ribosomas con proteínas diferentes son similares más a los eucaritotas. Microbiology with Diseases by Taxonomy, Cap 3. (Bauman, 2014) 10 BACTERIAS 11 Estructura básica 12 Microbiology with Diseases by Taxonomy, Cap 3. (Bauman, 2014) 13  CH3 CH3 H3C C CH H CH3 CH3 HO CH3 CH3 COLESTEROL HOPANOIDE 14 En fase de crecimiento exponencial la composición de la membrana citoplasmática de Escherichia coli es: Fosfatidiletanolamina (75%) Fosfatidilglicerol (20%) Cardiolipina (1-5%) Otros: ácido fosfatídico, fosfatidilserina, lisofosfolípidos, diacilglicerol (intermediarios, productos de recamb 15 16 Los lípidos en las membranas se adaptan en respuesta a las condiciones ambientales: Disponibilidad de agua, Temperatura nutrientes, iones Presión Fase de crecimiento pH Una célula bacteriana Las cabezas polares de los La relación ácido tiene en su membrana glicerofosfolípidos, fosfatidilglicerol, grasos interna alrededor de fosfatidiletanolamina y saturados/insaturados 5x105 moléculas de cardiolipina se ubican proteínas embebidas en permite alteraciones externamente, y las cadenas una bicapa de 2x107 de ácidos grasos se orientan en la fluidez de la moléculas de lípidos al interior de la membrana membrana 17 La membrana cumple funciones esenciales para la supervivencia: Transporte (iones, solutos, Generación de metabolitos y macromoléculas) energía entre el citoplasma y el ambiente (gradiente (LacY) electroquímico) Translocación de Movilidad y Transducción de quimiotaxis proteínas del señales (Sistemas citoplasma al Replicación del de dos periplasma o la cromosoma, síntesis componentes) membrana externa de lípidos 18  Proteínas de Membrana Topología Secuencias lineares de amino ácidos característica hidrofóbicos son usados la parte que se encuentra en el interior de la bicapa 19  Distribución funcional del proteoma de la membrana interna de E. coli 20 Sistemas de Transporte 21 22 23 24 Reguladores globales: Transducción de señales, Sistema de 2 componentes La mayoría de estos dominios Sistema predominantemente reguladores son fusionados con el utilizado por las bacterias para dominio de unión al ADN y tienen captar señales ambientales una función de factores de transcripción El sensor, usualmente una Las señales luego inducen proteína integral de membrana, es una histidina cambios en las funciones kinasa que utiliza ATP para celulares. autofosforilar un residuo reservado de histidina (H1) El regulador de la respuesta en una aspartil kinasa que utiliza Consiste en un sensor y un el sensor fosforilado como regulador de la respuesta donador del grupo fosfato. Se autofosforila en un residuo aspartil conservado (D1) 25  https://www.youtube.com/watch?v=t N-gcBwv-fI Two-Component Signal Transduction Pathways Regulating Growth and Cell Cycle Progression in a Bacterium: A System-Level Analysis (Skerker et al, 2005) 26  Cuerpos de inclusión Importancia: Son gránulos de condiciones Composición variada material orgánico o favorables sirve de algunas de naturaleza inorgánico en el almacenaje de proteínica y otras citoplasma sustancias que pueden contener usualmente visibles posteriormente le lípidos al microscopio sirven como reservas nutritivas 27 Material genético 28 Mycoplasma genitalium 580 kb Myxococcus xanthus 9200 kb Tamaño de los genes: ∼ 900 – 1000 bp Empacamiento: ∼ 90% del ADN codifica para proteínas y RNA La mayoría posee genes duplicados 29  Lineal Geometría del genoma bacteriano Circular Número de 1 a 3 cromosomas Las bacterias se consideran haploides Pero, contienen más de una copia de Número de copias cromosomas en fase de crecimiento exponencial 30 Organización Interna No están rodeados por una membrana La traducción ocurre de manera co- transcripcional La organización básica es el operón (ARNm policistronico) Composición de bases (contenido G+C) 31  Contenido G+C Con el paso del El equilibrio GC Los genomas de tiempo, el ADN de cada genoma El contenido de bacterias de vida foráneo es sujeto es impuesto y GC correlaciona libre tienen un a presión restringido por con el tamaño del alto contenido de mutacional que múltiples factores genoma. Los GC (~49%) y los altera la funcionales y nucleótidos GTP y parásitos composición de ambientales. El CTP son obligados tienen bases, haciendo ADN foráneo energéticamente un tamaño que el contenido incorporado a un más costosos que reducido con GC del ADN genoma tiene el ATP y el UTP bajo contenido foráneo tienda a una composición de GC (~38%) parecerse al del GC diferente genoma 32 33 Orientación de los genes La mayoría de los genes tienden a estar orientados en la dirección de la replicación Lo anterior Esto a su vez sería concuerda con la influenciado por el localización nivel de expresión, sistemática del de manera que los ADNr y de los genes altamente operones de expresados proteínas tienden a estar en ribosomales la hebra líder 34 35  Genes Genes en clusters: se mantienen juntos pues se encuentran regulados por un solo regulador (coregulación, importante para la tranferencia horizontal) Genes esenciales, importantes, útiles, marginales y neutros Islas genómicas: Poseen genes con funciones similares (virulencia, resistencia a antibióticos, rutas metabólicas, etc.), relativamente grandes y son inestables, contenido G+C diferente 36 37  Endosporas Cuerpos refráctiles que no se tiñen con los colorantes, estructuras únicas de las bacterias (gram positivas): Bacillus, Clostridium, Sporosarcina, Desulfotomoculum y Thermoactinomyces. Resistentes: calor, desecación, radiación, agentes desinfectantes y otros agentes ambientales que puedan afectar el crecimiento bacteriano Avance selectivo para la supervivencia y la diseminación de las especies que son capaces de originarlas 38 Forma: ovoides, Diversos cambios esféricas o Esporulación: al en la expresión de elipsoidales cesar el crecimiento genes de la célula Localización: celular como (Bacillus al menos terminales, consecuencia del 200 genes están centrales o gasto de nutrientes implicados en el proceso) subterminales 39 40 41  https://www.youtube.com/watch?v=NAcowlik nPs https://www.youtube.com/watch?v=VbDHV7j 5-PQ https://www.youtube.com/watch?v=-sSE- hEYrVY 42 Pared celular 43  Peptidoglicano Residuos alternantes: Una cadena de 4 aminoácidos D- y L- alternantes Conforman una N- está conectada al matriz polimérica acetilglucosamina ácido N- que constituye la Acido N- acetilmurámico y pared acetilmurámico varía de acuerdo (aminoazúcares) a las especies 44 45 46 47 Membrana externa 48 Fosfolípidos, lipopolisacáridos, proteínas integrales de membrana y lipoproteínas Sin energía de Proteínas integrales expresadas bomba de principalmente en bajos niveles protón ni ATP accesible Barrera selectiva Transducción de Translocación señal Protección 49 50 Glicocálix 51  Cápsula Funciones Polisacáridos Evitar la extracelulares de desecación (90% origen bacteriano agua) Inhibe la Se localizan alrededor fagocitosis y de bacteria formando una capa homogénea confiere patogenicidad 52 53  Pilis y fimbrias Apéndices cortos, finos y más Compuestos de subunidades delgados que un flagelo que no proteicas ordenadas de forma están involucrados en la helicoidal, diámetro de 3-10 nm movilidad y unos μm de largo Pueden servir para anclar a la Al menos 1 000 fimbrias, son bacteria a superficies sólidas únicamente visibles en un como rocas y tejidos, traspaso microscopio electrónico debido de genes, excreción de factores a su tamaño de virulencia, involucrados en el establecimiento de biofilm. 54  Pili sexual Son importantes Menor cantidad para el y de mayor apareamiento tamaño bacteriano 55  Flagelos Movimiento a lo Movilidad: largo de superficies Importantes sólidas por requiere un consecuencias deslizamiento gasto de (gliding), por ecológicas energía vesículas de gas o por flagelos 56  Diversos Flagelo Composición patrones Apéndice locomotor Su estructura El flagelo está delgado y detallada puede ser compuesto por semirígido de 20 nm únicamente visible de diámetro y de con un microscopio 3 partes 15-20 μm de largo electrónico fundamentales Existen diversos Son tan delgados patrones de Cuerpo basal que no son visibles distribución flagelar, al microscopio de luz, pero pueden que son muy útiles Gancho para la utilizarse tinciones Filamento identificación especiales bacteriana 57 Monotrico: un solo flagelo colocado al final de la célula bacteriana y se denomina flagelo polar. (Pseudomonas) Anfitrico: un flagelo en cada polo celular Lofotrico: un grupo de flagelos en uno o ambos polos celulares (Spirillum) Peritrico: flagelos por toda la superficie bacteriana (Proteus vulgaris) 58 59  Es helicoidal El filamento Constituida termina en Filamento por una proteína polimerización “capuchón” flagelina FliD 60  Gancho Más ancho que el filamento Ensamblaje helicoidal de aprox. 120 copias de una proteína llamada FlgE 55 ± 6 nm Pieza universal Proteínas de unión 61 Cuerpo basal Estructura pasiva Recibe el torque del motor y lo transmite al gancho y al filamento Formado por un anillo C, un anillo MS integral de membrana, una barra que atraviesa el espacio periplásmico, un anillo P, y un anillo L. 62 Estructura Proteínas que lo Características forman Anillo L FlgH Asociado a membrana externa Anillo P FlgL Asociado a peptidoglicano Anillo MS FliF Se conecta al anillo C por FliG. Actúa como plato de montaje para el rotor. Anillo C FliM y FliN Junto con FliG son el switch del rotor. Controla la dirección de rotación del motor flagelar. Participa en la exportación de proteínas flagelares Barra FlgB, C, F y G Actúa como el eje que conduce la transmisión de la rotación de los anillos MS y C a través del periplasma y afuera de la célula. 63 Movimiento flagelar Cada flagelo es una estructura semirrígida incapaz de flexionarse pero, se mueve por rotación que parte del cuerpo basal que funciona como un motor. La energía que se necesita para la rotación del flagelo proviene de la fuerza motriz generada por un gradiente de protones. 64  Motor flagelar Estator: acoplado alrededor de los anillos MS y C Es una estructura integral de membrana Formada por proteínas: MotA y MotB Rotor: múltiples copias de una proteína llamada FliG Unido no-covalentemente al anillo MS 65 Generación de torque: El motor flagelar utiliza un potencial transmembrana de protones Las unidades MotA y MotB del estator Cada vez que este ciclo se se unen al rotor bajo un cambio repite, algunos protones atraviesan la membrana conformacional para hacer que éste liberando energía para ejerza una fuerza en el rotor, y conducir los cambios seguidamente se separan conformacionales Las corridas por la Vibrio E. coli gira a 270 general duran alginolyticus tiene revoluciones por unos pocos una media de segundo segundos y los 1100 rps giros son cortos 66 67 https://www.youtube.com/watch?v=B7P Mf7bBczQ https://www.youtube.com/watch?v=fFq_ 68 MGf3sbk  Quimiotaxis La bacteria censa Estos las señales del El lado quimiorreceptores ambiente vía citoplasmático del llamados proteínas quimiorreceptores dominio interactúa de quimiotaxis localizados en su con 2 proteínas: metilaceptoras membrana CheW y CheA (PQM) citoplasmática 69 70  Cuando el dominio de unión no está https://www.youtube.com/watch?v=LgP ligado a un atrayente, estimula la DOSou1tw fosforilación de CheA usando ATP. La autofosforilación de CheA se inhibe cuando el atrayente se une Entonces la CheA fosforilada puede donar su grupo fosfato a una de las 2 proteínas receptoras, CheY o CheF. La respuesta real se produce por la combinación de el control de la fosforilación de CheA por los niveles de la sustancia atrayente y repelente la rotación en dirección de las agujas del reloj, favorecida por la CheY fosforilada 71 HONGOS 72  Morfología: Microhongos Se dice a menudo: Dos formas básicas: primera corresponde a Filamentosa o micelial la forma pluricelular y Redonda, oval o levaduriforme la segunda a la unicelular 73  Pared celular: dar forma y protección a cambios osmóticos, choques mecánicos y sustancias tóxicas Primer barrera física en el paso de moléculas como nutrientes, gases y Polisacáridos: enzimas (especie de malla). Composición: Quitina le da características de resistencia muy *Celulosa* particulares Glucanas (polímero de La constitución no es glucosa ramificado) Se van a encontrar permanente: puede Mananas (polímero de en diferentes cambiar durante el ciclo proporciones de vida o las manosa) condiciones del Quitosán según el hongo ambiente 74  Además en una Arquitectura de Cada capa es misma hifa las la pared: Los de diferente El número de paredes más constituyentes constitución: capas y sus viejas están se disponen en quitina, constituyentes formadas por capas proteína, varían de un más capas que superpuestas glucoproteína hongo al otro los extremos de una sobre otra y glucanas crecimiento continuo 75 76 Membrana celular: Bicapa de fosfolípidos clásica Formación de micelas (característico), aunque no se tiene un significado fisiológico específico. Se piensa que da estabilidad Presencia de esteroles característicos: Ergosterol 77  En hifas jóvenes el Núcleo: Hifas citoplasma es cenocíticas: Citoplasma: denso, con muchos abundantes núcleos parecido a las núcleos y Hifas septadas: 1 o 2 células eucariotas mitocondrias, en por septo, aunque en regiones viejas hay algunos hongos muchas vacuolas pueden haber varios 78  Cuando la hifa se En otros casos: Cuerpos de rompe los actúan como Woronin: cuerpos taponan válvulas que cuerpos y bloquean permiten la impidiendo que entrada de cristalinos se pierda el núcleos a un asociado a contenido segmento de la citoplasmático hifa (no permiten los septos el retroceso) 79 Reproducción asexual: Producción de esporas 80  Estructuras preexistentes Estructuras de neoformación 81 Estructuras preexistentes Blastosporas: gemaciones a partir de la hifa (Trichosporon) Artrosporas: se producen por simple individualización y articulación de los segmentos de las hifas. (Geotrichum) Aleuriosporas: se originan a partir de delgadas ramificaciones que se producen lateralmente a una hifa, las cuales se dilatan para dar estructuras piriformes o redondas (microconidias) 82  Las macroaleuriosporas o Empiezan a crecer para macroconidias formar esporas septadas, corresponden a dilataciones como en el género del segmento final de una Microsporum. hifa o de sus ramificaciones 83 Blastosporas 84 Estructuras de Neoformación Endosporas Exosporas 85  Mucor Esporangiosporas Rhizopus Endosporas Esferulosporas Coccidioides immitis Zooesporangiosporas https://www.youtube.com/wat ch?v=ySMBasr_nn0 Saprolegnia 86  Intermedios Ramificados Simples Exosporas: Complejos Conidiosporas o conidias son producidas sobre conidióforos que pueden presentar diversas formas 87 88  Aspergillus flavus Aspergillus fumigatus Aspergillus Aspergullus clavatus terreus 89  Forma: puntiforme, circular, rizoide, irregular, filamentosa Morfotipos Borde: entero, coloniales: adelante, ondulado, lobulado, anverso y medio irregular lado Superficie: lisa, Características Generación de áspera, seca, pigmentos: si macroscópicas algodonosa, difunde en el medio cremosa Hongos filamentosos tienen un aspecto velloso y las levaduras colonias cremosas Identificación Hifas: septación, cenocítica Conidioforos, Características macroconidias y microscópicas microconidias Esporas: tamaño, color, forma 90 MICROALGAS 91 Microalgas 92  Chlorophyta Tamaño Variable (2-200 μm). Unicelulares o Coloniales Autotrófica o heterotrófica. 93 Tomado de: 94 http://limno.fcien.edu.uy/pdf/teorico_microalgas.pdf Tomado de: 95 http://limno.fcien.edu.uy/pdf/teorico_microalgas.pdf Literatura consultada Whitfield, C. 2006. Biosynthesis and Assembly of Capsular Polysaccharides in Escherichia coli. Annu. Rev. Biochem, 75:39–68. Wang, X et al. 2013. Organization and segregation of bacterial chromosomes. Nature, 14:191-203. Berg, H. 2003. The rotary motor of bacterial flagella. Annu. Rev. Biochem, 72:19– 54. Harshey, R. 2003. Bacterial motility on a surface: many ways to a common goal. Annu. Rev. Microbiol, 57:249–73. Bauman, R. 2013. Microbiology with Diseases by Taxonomy. 4 ed, Pearson, cap. 3. Prescott, L. M., J. P. Harley, D. A. Klein. 1999. Microbiología, 5 a ed. Mc Graw-Hill. Interamericana de España. Balows, A., H. G. Truper, M. Dworkin, W. Harder, and K.H. Schleifer (eds). 1992. The Prokaryotes (2ª ed) A handbook on the biology of bacteria: ecophysiology, isolation, identification, applications (4 vol.) Springer-Verlag, New York. Madigan, M., Matinko, J. y Parker, J. 2009 Brock: Biología de los Microorganismos. 12 va. Edición. Pearson Educación, S.A. España. 96  Tu, Y. 2013. Quantitative Modeling of Bacterial Chemotaxis: Signal Amplification and Accurate Adaptation. Annu. Rev. Biophys., 42:337–59. http://limno.fcien.edu.uy/pdf/teorico_microal gas.pdf 97  Sistemas de Transporte Transporte de: Nutrientes Desechos Metabolitos Sistemas de transporte Pasivo Inespecífico Pasivo Especifico Transporte Activo Pasivo Inespecífico (Difusión Simple) Constante de Permeabilidad Área Moléculas polares pequeñas, no ionizadas como: O2, CO2, H2O Pasivo Específico (Difusión Facilitada) Sustratos específicos o muy parecidos Cinetica similar a Michaelis-Menten Sistema poco frecuente en Procariotas Transporte Activo Contra gradiente Gasto Energético Gradiente de H+ Hidrolisis de ATP Más habituales en procariotas Permeasas de tipo Especificas e Inducibles  Transporte Activo Activo acoplado al simporte de protones Activo acoplado al simporte de Na+ Activo por ATP Acoplado a translocación de grupos Activo acoplado al simporte de protones Uno de los sustratos crea un gradiente Ingresa una molécula con carga negativa O moléculas neutras Gradiente electroquímico Activo acoplado al simporte de Na+ Fuerza protón motriz Gradiente se mantiene por antiporte Proteínas integrales de membrana Poco energéticamente favorable Activo por ATP En muchas Eubacterias y Arqueas Conocidos como ABC (ATP Binding Casette) Sistema de Varios Componentes Activo por ATP Proteínas periplasmáticas que… Proteínas de membrana que… Poseen un dominio muy conservado de 200 aa (ABC) Muy antiguo  Activo por ATP Compuesto por: 1. Porinas u otras proteínas de membrana externa para lograr la difusión del sustrato desde el medio hasta el espacio periplásmico 2. Proteína(s) solubles de espacio periplásmico que se unen al sustrato con gran afinidad  Activo por ATP Compuesto por: 3. Un heterodímero formado por dos proteínas integrales de membrana donde cada una de ellas posee 5 o 6 trechos en α-hélice que atraviesan la membrana citoplásmica, que forman la permeasa del sistema.  Activo por ATP Compuesto por: 4. Dos proteínas periféricas de membrana citoplásmica, adosadas al lado citoplásmico, que incluyen el módulo conservado ABC que acopla la hidrólisis de ATP con el transporte unidireccional del sustrato a través de la membrana.  Activo por ATP Modelo de Funcionamiento:  Activo por ATP Modelo de Funcionamiento: 1. El sustrato exógeno normalmente entra al periplasma a través de algún canal inespecífico o porina de membrana externa (por ejemplo, en enterobacterias se pueden usar las porinas generales conocidas como OmpF y OmpC).  Activo por ATP Modelo de Funcionamiento: 2. La proteína periplásmica específica, antes de su unión al sustrato tiene una determinada configuración abierta, con dos grandes lóbulos globulares unidos formando un ángulo. Cuando el sustrato pasa al periplasma, la correspondiente proteína de unión periplásmica se une a él con gran afinidad (0.1-1µM), y al unirse cambia de conformación. En esta configuración, llamada “cerrada”, el sustrato se encuentra “enterrado” entre los dos lóbulos de la proteína (“almeja cerrada”).  Activo por ATP Modelo de Funcionamiento: 3. Mientras tanto, el dímero de proteínas integrales de membrana antes de la unión con la proteína periplásmica se encuentra en un estado energizado pero incapaz de transportar sustrato. En esta situación, puede unirse (por la parte que da al periplasma) al complejo formado por la proteína periplásmica (en configuración “cerrada”) ligada al sustrato. Al hacer esto, el heterodímero de membrana cambia de conformación, de modo que ahora muestra mayor afinidad hacia la proteína periplásmica y se abre su canal para dejar entrar el sustrato.  Activo por ATP Modelo de Funcionamiento: 4. Entonces, el complejo de membrana alcanza su estado de mínima energía, y con ello descarga el sustrato en el citoplasma y se logra la separación de la proteína periplásmica (que vuelve a su configuración “abierta”). 5. Finalmente, la hidrólisis de ATP catalizada por las proteínas periféricas ABC (adosadas a la membrana y asociadas a las proteínas integrales) suministra la energía para que el heterodímero de membrana vuelva a su estado energizado inicial, preparado así para otro ciclo de transporte.  Activo por ATP Además: Gram Positivos menos estudiados, sin embargo… ABC especializados para: monosacáridos, oligosacárido, iones orgánicos e inorgánicos, Aminoácidos, oligopeptidos, Vitaminas y metales  Acoplado a translocación de grupos Entrada del sustrato y su modificación por unión covalente de un grupo químico A pesar de que hay gasto de energía, genera ahorro energético ya que… Acoplado a translocación de grupos Sistema de Fosfotransferasa (PTS) Acoplado a translocación de grupos Sistema de Fosfotransferasa (PTS): En E.coli transporta glucosa, manosa, fructosa y los polioles sorbitol y manito. Componentes que funcionan como una cadena de transportadores del grupo fosfato de alta energía del fosfoenolpirúvico (PEP) hasta el azúcar a transportar Enzimas “El” y “HPr” son inespecíficas del azúcar a transportar, son de síntesis constitutiva y localizadas en el citoplasma  Acoplado a translocación de grupos Sistema de Fosfotransferasa (PTS): Por su parte la Enzima “Ell” es especifica de cada azúcar, es inducible por el sustrato, compuesta de tres subunidades: EllA: De tipo Citoplasmatica y soluble EllB: Es un dominio periférico de membrana, es hidrofilico, pero se liga al espacio citoplasmático por medio de EllC EllC: Es integral de membrana Acoplado a translocación de grupos Funcionamiento Sistema de Fosfotransferasa (PTS): 1. Por un lado, el azúcar se une al enzima EIIC específico, pero éste por sí mismo no puede liberar al azúcar sin modificar en el interior celular. 2. Mientras tanto, la EI cataliza (en presencia de Mg++) la transferencia del fosfato de alta energía del PEP a la HPr. 3. La HPr fosforilada (HPr-P) transfiere el fosfato al enzima IIA específico del azúcar [p. ej., la glucosa (EIIAGlc ) o el manitol (EIIAMtl) Acoplado a translocación de grupos Funcionamiento Sistema de Fosfotransferasa (PTS): 4. La EIIA-P rápidamente, y en presencia de Mg++, transfiere el fosfato a la enzima-IIB específica con la que se asocia (p. ej., EIIBGlc), que a su vez fosforila el azúcar (en el caso de la glucosa convirtiéndola en glucosa-6-P): en este momento la EIIC pierde su afinidad por el azúcar modificado, que de esta forma entra en el citoplasma, preparado ya para actuar como sustrato de la primera reacción del catabolismo de este azúcar. Acoplado a translocación de grupos Además: Sistema de fosforribosil-transferasas: Purinas y Pirimidinas Sistema de transferencia de Coenzima A: Ácidos grasos En Procariotas es frecuente encontrar varios sistemas de transporte para un mismo nutriente Captación de Hierro Captación de Hierro  Vía secretora general (GSP) Sardis, M.F., & Economou, A. (2010). Micro Review SecA : a tale of two protomersmmi. Gemelos de arginina (TAT)  Vía de Chaperonas/usher Dufresne, Karine & Daigle, France. (2017). Salmonella Fimbriae: What is the Clue to Their Hairdo?. 10.5772/67189.  Vía de tipo I, II, III, IV Henderson, Ian & Navarro-Garcia, Fernando & Desvaux, Mickaël & Fernandez, Rachel & Ala'Aldeen, Dlawer. (2005).  Vía de tipo I, II, III, IV Henderson, Ian & Navarro-Garcia, Fernando & Desvaux, Mickaël & Fernandez, Rachel & Ala'Aldeen, Dlawer. (2005).  Vía tipo V Henderson, Ian & Navarro-Garcia, Fernando & Desvaux, Mickaël & Fernandez, Rachel & Ala'Aldeen, Dlawer. (2005).  Videos https://www.youtube.com/watch?v=A9ihz5gY xU4 https://www.youtube.com/watch?v=YvVIUp_ AKjs https://www.youtube.com/watch?v=OBf64TE o7gA https://www.youtube.com/watch?v=LwSKgrd omPM  Referencia R. Gupta and N. Gupta. (2021). Fundamentals of Bacterial Physiology and Metabolism. Published © Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2021, corrected publication 2021. ISBN 978- 981-16-0722-6 ISBN 978-981-16-0723-3(eBook) https://doi.org/10.1007/978-981-16-0723-3 B. H. Kim and G. M. Gadd. (2008). Bacterial Physiology and Metabolism. Published in the United States of America by Cambridge University Press, New York, USA. Noinaj, Nicholas & Guillier, Maude & Barnard, Travis & Buchanan, Susan. (2010). TonB-Dependent Transporters: Regulation, Structure, and Function. Annual review of microbiology. 64. 43-60. 10.1146/annurev.micro.112408.134247 Danah Al Shaer, Othman Al Musaimi, Beatriz G. de la Torre, Fernando Albericio, Hydroxamate siderophores: Natural occurrence, chemical synthesis, iron binding affinity and use as Trojan horses against pathogens, European Journal of Medicinal Chemistry, Volume 208, 2020, https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2020.112791 Henderson, Ian & Navarro-Garcia, Fernando & Desvaux, Mickaël & Fernandez, Rachel & Ala'Aldeen, Dlawer. (2005). Type V Protein Secretion Pathway: the Autotransporter Story. Microbiology and molecular biology reviews : MMBR. 68. 692-744. 10.1128/MMBR.68.4.692-744.2004 Crecimiento de Microorganismos y factores que afectan el crecimiento 1  Crecimiento de Microorganismos Incremento en los constituyentes celulares En el caso de los microorganismos el crecimiento involucra un aumento en el número de células Curva de Crecimiento 2 https://biokimicroki.com/bacterial-growth-curve-and-its-application/ 3 Factores que afectan el crecimiento Macroelementos: requeridos en cantidades relativamente importantes Disponibilidad Microelementos o elementos traza de nutrientes Crecimiento de los microorganismos es altamente afectado por la naturaleza química y física del medio Condiciones Presión osmótica, pH, temperatura, físicas disponibilidad de oxígeno 4  Condiciones Ambiente/ Huésped “Limitan el crecimiento de microorganismos por la disponibilidad de nutrientes” Carbono / Fósforo / Nitrógeno Glucosa Fósforo Amonio inorgánico 5 6  + Stress Mecanismos de respuesta Síntesis o activación de factores alternativos σ de la ARN pol Dirigen la transcripción de regulones Lidian con el stress Genes productos 7 8  pH Acidófilas Neutrófilas Alcalófilas Cada especie tiene un pH de crecimiento óptimo Tasa de crecimiento Variaciones drásticas: disrupción de la membrana plasmática, inhibiendo la actividad enzimática y de proteínas trasportadoras 9 10  Temperatura Sensibilidad de las reacciones catalizadas por enzimas Se llega a un punto donde el crecimiento se ralentiza y la alta temperatura es letal 11  Psicrófilos Termófilos Se ha observado que las La secuencia de aminoácidos de enzimas termoestables difiere en enzimas activas en frío poseen sólo algunos aminoácidos con una mayor cantidad de α- respecto a la que cumple la misma hélices función en un mesófilo Aumento de enlaces iónicos y Tienden a tener más denso empaquetamiento, aminoácidos polares y menos producción de solutos como di- aminoácidos hidrofóbicos inositol fosfato, diglicerol fosfato y manosil glicerato (estabilidad) En la membrana plasmática, tienen En la membrana plasmática, tienen un mayor contenido de ácidos un mayor contenido de ácidos grasos no saturados (facilita el grasos saturados que crea un estado semifluído) con ambiente hidrofóbico que favorece poliinsaturaciones la estabilidad 12 Oxígeno Aerobios estrictos Anaerobios estrictos Anaerobios facultativos Microaerofílicos Anaerobios aerotolerantes 13  Presión 1. Efecto sobre la Fisiología y Bioquímica 2. Mayoría de MO continentales mueren a altas presiones 3. Afecta de manera física y química 14  Radiación 1. Ionizante es Letal 2. UV no es ionizante pero daña: a) Proteínas (280 y 230nm) b) ADN (260nm) 3. Forma: a) Dímeros de pirimidina (anillo ciclobutano) b) Fotoproducto en endospora (5-timinil-5,6- dihidrotimina) c) Hidratos de pirimidina 15 Crecimiento microbiano e inóculo 16  Métodos para medir el crecimiento microbiano Permiten: – Modelos del Crecimiento – Cinética del Crecimiento Adnan et al (2020) 17 Métodos directos Peso seco Densidad óptica Conteo de colonias Conteo al microscopio Métodos indirectos Componentes celulares (Proteína, ATP, ADN, RNA) Consumo de sustrato Balance de calor 18 19 Modelos de crecimiento 20 Modelos de crecimiento 21  Cinética de Crecimiento n= número td= tiempo de de duplicaciones duplicación El crecimiento bacteriano es exponencial, se denota como 2n Nt = N0 = Para poder obtener el número de población población final luego generaciones en un determinado inicial del tiempo t tiempo se despeja para n: Nt = No x 2n Tasa de crecimiento (k) o (µ): n/t Tiempo de generación (g): 1/k 22 23 https://varuncnmicro.blogspot.com/2016/09/btb9-bacterial-growth-curve.html 24 Si se tiene un cultivo con una población inicial de 3,25 x 104 células y luego de 24 horas se obtiene una población máxima de 7,90 x 106 células. Calcule el número de generaciones durante ese tiempo, el tiempo de generación y la tasa de crecimiento: 25  Vídeos https://www.youtube.com/watch?v=lqdPdfvz- zc https://www.youtube.com/watch?v=77ZZT1X cjiY 26 Literatura consultada Adnan, Mohd & Patel, Mitesh & Deshpande, Sumukh & Alreshidi, Mousa & Siddiqui, Arif & Reddy, Mandadi & Noumi, Emira & De Feo, Vincenzo. (2020). Effect of Adiantum philippense Extract on Biofilm Formation, Adhesion With Its Antibacterial Activities Against Foodborne Pathogens, and Characterization of Bioactive Metabolites: An in vitro-in silico Approach. Frontiers in Microbiology. 10.3389/fmicb.2020.00823 https://open.oregonstate.education/generalmicrobiology/chapter/microbial- growth/ R. Gupta and N. Gupta. (2021). Fundamentals of Bacterial Physiology and Metabolism. Published © Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2021, corrected publication 2021. ISBN 978- 981-16-0722-6 ISBN 978-981-16-0723-3(eBook) https://doi.org/10.1007/978-981-16-0723-3 B. H. Kim and G. M. Gadd. (2008). Bacterial Physiology and Metabolism. Published in the United States of America by Cambridge University Press, New York, USA. https://biokimicroki.com/bacterial-growth-curve-and-its-application/ https://microbenotes.com/bacterial-growth-curve-protocol/ 27  Metabolismo de los Microorganismos 1 2 3 4 5 6  Metabolismo de carbohidratos: emplean diversas vías metabólicas para catabolizar glucosa y otros azúcares La glicólisis es la la vía más Glicólisis o Embden-Meyerhof común para la degradación de glucosa a Vía de las pentosas fosfato piruvato se lleva a cabo en ausencia o presencia de Vía Entner-Doudoroff oxígeno en la matriz citoplasmática La vía de las pentosas La vía Entner-Doudoroff fosfato puede ser utilizada ha sido encontrada en Muy pocos Gram positivos al mismo tiempo que la Pseudomonas, Rhizobium, poseen esta vía, con una vía glicolítica, se lleva Azotobacter, rara excepción: acabo tanto en aerobiosis Agrobacterium y otros Enterococcus faecalis como en anaerobiosis pocos Gram negativos 7 8 9 10  Disacáridos Maltosa + H2O maltasa 2 glucosa Maltosa + Pi maltosa fosforilasa ß-D-glucosa 1P + glucosa Celobiosa + Pi celobiosa fosforilasa α-D-glucosa 1P + glucosa Sacarosa + H2O sacarasa glucosa + fructosa Lactosa + H2O ß-galactosidasa galactosa + glucosa 11 12  Polisacáridos Almidón y glucógeno: hidrolizados por amilasas a glucosa, maltosa y otros productos Celulosa: más difícil de degradar, muy pocas bacterias (géneros Clostridium y Actinomycetes) producen celulasas que la hidrolizan a celobiosa y glucosa Algunos miembros del género Cytophaga, aislados de ambientes marinos, excretan agarasas que degradan el agar Bacterias del suelo y patógenos de plantas degradan pectina (polímero del ácido galacturónico) que es un importante componente de las paredes y tejidos vegetales 13  Fermentaciones Se aminora o detienen la actividad piruvato En ausencia de O2, el NADH El NADH producido por la deshidrogenasa , se utiliza no es oxidado por la cadena vía glicolítica debe de ser el piruvato o algunos de sus transportadora de oxidado nuevamente a derivados como aceptores electrones porque no hay NAD+, pues si este no es de electrones y H+ en la aceptores externos regenerado la glicólisis se reoxidación del NAHD, disponibles detiene llevando a la producción de más ATP 14 Fermentación alcohólica: Fermentación de azúcares a etanol y CO2 Fermentación láctica: Conversión de piruvato a lactato. Se separan en dos grupos: Fermentadores homolácticos: que utilizan la vía glicolítica y directamente reducen casi todo el piruvato a lactato con la lactato deshidrogenasa Fermentadores heterolácticos: producen además de lactato, etanol y CO2 por la vía fosfocetolasa 15  Fermentación del Acido Fórmico: es convertido a H2 y CO2 por la hidrogenilasa fórmica Fermentación ácido mixta: producción de etanol y una mezcla compleja de ácidos, particularmente acético, láctico, succínico, y fórmico (E.coli, Salmonella, Proteus) Fermentación Butanediol: piruvato es convertido a acetoína que luego es reducido a 2,3 butanediol con NADH. Se produce una gran cantidad de etanol con pequeñas cantidades de ácido 16 17 Metabolismo de lípidos Los microorganismos también utilizan como fuente de energía triglicéridos: ésteres de glicerol y ácidos grasos Por medio de lipasas son hidrolizados a glicerol que es fosforilado y luego oxidado para formar dihidroxiacetonafosfato que va a glicólisis Los ácidos grasos provenientes de triglicéridos y otros lípidos pueden oxidarse por la vía de ß-oxidación donde primero son convertidos a ésteres de CoA, luego como producto final se obtiene Acetil-CoA que va al ciclo del ácido tricarboxílico o a biosíntesis 18  Metabolismo de proteínas y aminoácidos Proteasas: hidrolizan proteínas y El primer paso en la utilización polipéptidos a aminoácidos que de aminoácidos es la son transportados al interior de deaminación en donde se la célula y luego son remueve el grupo amino catabolizados El ácido orgánico resultante puede ser convertido a piruvato, Luego se da la transaminación, acetil-CoA o a un intermediario el grupo amino es transferido a del ciclo del ácido tricarboxílico un α-cetoácido para obtener energía o para biosíntesis 19 Asimilación de Fósforo Fósforo inorgánico: se incorpora El fósforo se por la formación de ATP en la Las fuentes más encuentra en ácidos fosforilación oxidativa y la comunes son el fosforilación a nivel de sustrato nucleicos, proteínas, (glicólisis) fósforo inorgánico y fosfolípidos, ATP y Fósforo orgánico: fosfatasas los ésteres orgánicos coenzimas como que hidrolizan ésteres orgánicos de fosfato de fosfato para liberar el NADP fósforo inorgánico. 20  Asimilación de azufre El azufre es necesario La habilidad por parte para la síntesis de de la célula para la aminoácidos y asimilación de este es coenzimas (CoA, excepcionalmente biotina) importante En el sulfato el azufre está oxidado, por lo Bajo estos parámetros que debe de reducirse utilizan el sulfato para antes de ser asimilado, proveer azufre para la este proceso se biosíntesis denomina reducción asimilatoria del sulfato https://www.youtube.com/watch?v=RIOSxde4 21 S3s&t=205s  Asimilación de nitrógeno Muchos El nitrógeno es el microorganismos mayor componente utilizan cisteína y de proteínas, ácidos metionina obtenidas nucleicos, coenzimas de fuentes externas y otros o de la reserva constituyentes intracelular de celulares aminoácidos Aunque el nitrógeno es el gas más La mayoría lo abundante en la incorporan por la atmósfera, pocos asimilación de microorganismos lo amonio y nitrato utilizan a partir de ella 22 23 Fijación de Nitrógeno Atmosférico Bacterias fijadoras de N2 Aerobio Qimioorganot Fotot Quimiolitot Azotobacter spp. Varias Cianobacterias Alcaligenes Bacterias de Azomonas Klebsiella Thiobacillus Steptococcus vida libre Bacterias Beijerinckia thermoautotrophicus Bacillus polymyxa (Azotobacter, simbiontes de Mycobacterium flavum Klebsiella, leguminosas Azospirillum lipoferum Citrobacter freundii Clostridium y (Rhizobium) Acetobacter diazotrophicus Metanococcus) Methylomonas Methylococcus Anaerobios Clostridium spp. Chromatium Archaea: Desulfovibrio Thiocapsa Methanosarcina Desulfotomaculum Chlorobium Methanucoccus La reducción del Rhodospirillum Rhodopseudomonas nitrógeno a Rhodomicrobium Rhodobacter Cianobacterias amonio es Heliobacterium Heliobacillus (Nostoc) catalizada por la Heliophilum enzima Simbióticas nitrogenasa Leguminosas Soya, arvejas y otras, asociadas No leguminosas Albus, Myrica, Ceanothus, con: Comptonia, Casuarina asociados a: Rhizobium, Bradyrhizobium, Actinomycetes del género Frankia Sinorhizobium, Azorhizobium 24 La reacción tiene una energía de activación Además requiere de muy alta debido a una gran cantidad de que el nitrógeno es ATP (por lo menos 8 un gas no reactivo electrones y 16 ATPs) con un triple enlace La nitrogenasa es un sistema complejo que contiene 2 Los electrones componentes provienen de la proteínicos ferredoxina importantes: Proteína Mo-Fe y proteína Fe https://www.youtube.com/watch?v=pbgWSbb gCxY 25 Biosíntesis Bacteriana 26 27 28  Biosíntesis de lípidos Los ácidos grasos son La síntesis de ácidos Una gran cantidad de ácidos grasos es catabolizada lípidos se encuentran en monocarboxílicos, en la por la ácido graso los microorganismos mayoría de los sintetasa y utiliza como particularmente en las microorganismos son sustrato acetil y malonil- membranas plasmáticas cadenas simples, pero CoA y NADPH como algunas son ramificada donador de electrones 29  Inicia con la La sintetasa adiciona 2 transferencia del grupo carbonos al extremo proteína transportadora carboxílico de la acil (ACP) en lugar de la cadena: el malonil-ACP coenzima A (CoA) en el reacciona con el acil- acetato y el malonato ACP liberando CO2 El malonil-CoA El proceso proviene de la continúa con una reducción, una carboxilación deshidratación y del acetil-Co una reducción final https://www.youtube.com/watch?v=sTk3D LGG3Fo 30  Biosíntesis de aminoácidos En los microorganismos varían según el tipo de fuente de nitrógeno que emplean, sin embargo la mayoría puede asimilar alguna forma de nitrógeno para la síntesis de aminoácidos. Para alcanzar la máxima eficacia y economía, provienen de algunas rutas anfibólicas principales Los Intermediarios La glucólisis esqueletos de ciclo de de los ácido y la vía de aminoácidos tricarboxílico las pentosas proceden del Acetil-CoA 31 https://www.youtube.com/watch?v=0VVhRqyxUeQ 32 https://www.youtube.com/watch?v=ZhRIBtCyrb0  Biosíntesis de bases nitrogenadas La biosíntesis de purinas y pirimidinas es fundamental para todas las células Ya que éstas se utilizan en la síntesis de varios cofactores, ADN, ARN y otros componentes celulares importantes Las purinas y las pirimidinas son bases nitrogenadas cíclicas con enlaces dobles y propiedades aromáticas 33 Biosíntesis de Purinas Empieza a partir Es una vía de la ribosa 5P, compleja de 11 que es la base del pasos en la que 7 esqueleto moléculas purínico, el primer diferentes aportan producto formado parte del es el nucleótido esqueleto final ácido inosínico Una vez formado El cofactor es el el ácido inosínico, ácido fólico, que existen dos vías además aporta 2 que forman carbonos al adenosina esqueleto monofosfato y purínico guanosina monofosfato 34 35  Se desplaza el pirofosfato por amoniaco para formar 5-fosforibosil-1- amina La reacción es catalizada por: Glutamina fosforibosil aminotransferasa 36  Biosíntesis de Pirimidinas Da inicio a partir del ácido aspártico y carbamoil fosfato (molécula de alta energía que se sintetiza a partir de CO2 y amoniaco) La reacción es catalizada por la aspartato carbamoiltransferasa Se construye el producto pirimidínico inicial, el ácido orótico 37  NH2 HOOC Pi HOOC O NH2 + O Carbamilaspartato NH COOH P H2N COOH O Carbamoilfosfato Acido Aspártico La reacción es catalizada por la O aspartato carbamoiltransferasa, y es HN una condensación de ambos sustratos Acido Orótico N COOH O H PRPP Luego, se forma un nucleótido mediante la adición de ribosa 5-fosfato utilizando el producto intermedio 5- Pi y CO2 fosforibosil 1-pirofosfato para formar O NH 3 Oroditina 5-monofosfato UDP y NH3 HN HN N N O O Ribosa P Ribosa 3P Sufre una descarboxilación que produce uridina monofosfato y Uridina 5´monofosfato finalmente, uridina trifosfato y citidina Cistidina trifosfato trifosfato 38  La tercera pirimidina, la timina, la ribosa se reduce de la misma forma que en los nucleótidos de purina Para formar desoxirribosa (desoxiuridina monofosfato) que se metila con un derivado del ácido fólico para formar finalmente desoxitimina monofosfato 39 https://www.youtube.com/watch?v=mjFDukNpVE4 https://www.youtube.com/watch?v=e2KFVvI8Akk 40  Metabolismo de los Microorganismos: Hongos 41  Video https://www.youtube.com/watch?v=i9T727tz7FA https://www.youtube.com/watch?v=EKNQOupZ4V w 42  Requerimientos nutricionales: Digestión extracelular con nutrición absortiva (polímeros solubles) Producción de enzimas degradativas para polímeros insolubles En el citoplasma se da el transporte interno de productos – En medios de cultivo: rico en carbohidratos pH: 5.00 – 6.00 – Requerimiento de fuentes de: Carbono, Nitrógeno, Fósforo, Hierro – No fijan CO2 43  Carbono: Disacáridos y monosacáridos, almidón (amilasas), hemicelulosa y celulosa (complejo enzimático celulasas) Pocas levaduras utilizan metano Hidrocarburos de cadena larga: Amorphoteca resinae (diesel y kerosene) y Paecilomyces variotii. Acoholes: Candida utilis y Aspergillus nidularus Glicerol, ácidos grasos y aminoácidos: Leptomitus lacteus Lípidos y proteínas: lipasas y proteasas Queratina: dermatofitos 44 Nitrógeno Fósforo Hierro Todos pueden En la naturaleza utilizar Fosfatos como Fe 3+ aminoácidos: insolubilizado transaminación, inorgánicos como óxido o nitrato, proteína u orgánicos hidróxido a pH (proteasas) mayor de 5.5 Amonio: pero su metabolismo da Orgánicos: Se captura la liberación de producción por medio H+, lo que acidifica el medio de de y se inhibe el fosfatasas sideróforos crecimiento 45  Disponibilidad pH Oxígeno de agua Rango: 4.0 – 8.5 Hongos filamentosos: Óptimo: filamentosos La mayoría son 0.62 – 0.995, óptima es 5.0 – 7.0 aerobios, aunque particular de cada levaduriforme 4.0 – 5.0 hay facultativos y hongo anaerobios Acidotolerantes: algunas Hongos xerofílicos: crecen a levaduras y filamentosos: aw 0.85, algunas entre 0.62 – pueden crecer a pH 2.0 oxígeno, aún teniendo 0.65 cadena respiratoria. Ocurre cuando hay elevada Acidófilos verdaderos: concentración del azúcar Hongos levaduriformes: raros, Acontium fuente de energía necesitan más agua: velatum pH óptimo de 0.88 – 0.995 3.0 Anaerobios: Obtienen energía por pH 10.0 – 11.0: raro, fermentación ácido Sin embargo la mayoría Fusarium oxysporium, mixta (ácido fórmico, detiene su crecimiento a Penicillium viariabile acético, láctico, etanol, una aw 150 kb Número variable por célula (1 - >20) Vectores para clonación y expresión de genes 60 61  Se incrementa el número de copias del gen por célula Cuando un gen se bacteriana (dosis desplaza a un génica) y su plásmido: probabilidad de transferencia horizontal La mayoría pude No se requiere que el replicarse en varias gen se integre al especies del mismo cromosoma género (rango bacteriano para estrecho) o en establecerse en una géneros diferentes nueva bacteria (amplio rango) 62 Al tener un costo metabólico para la bacteria, deben controlar su replicación El número de copias es usualmente fijo para un hospedero y bajo en condiciones de cultivo definidas Sistema de control negativo, codificados por el mismo plásmido, que censan y regulan el número de copias 63 64 https://www.youtube.com/watch?v=hm8SZaFmlWg 65  Conjugación Hfr Algunos plásmidos conjugativos son capaces de integrarse al cromosoma. Al realizar el fenómeno de conjugación, pueden hacer una escisión imperfecta y llevar con ellos algún pedazo del cromosoma bacteriano. 66  67 https://www.youtube.com/watch?v=wbAldlbNXm4 Transformación Bacteriana 68  Transferencia de ADN de una bacteria a otra sin mediar contacto directo entre células y sin la participación de bacteriófagos. La capacidad para captar ADN se denomina competencia (natural o inducida) 69 Experimento de Griffith 1928 70 71 72 https://www.youtube.com/watch?v=9Wnd7PchbCw 73 74 75  Transducción (Genética de Bacteriófagos) 76 Identificados en 1915 y 1917 como agentes que causaban zonas claras en los cultivos bacterianos Altamente específicos de cepa o especie: “Debe existir, al menos, un fago para cada especie bacteriana” Se pueden usar para el control de poblaciones bacterianas (Bacteriofagoterapia) Abundantes en la naturaleza: deben existir de 10 a 100 veces más fagos que número de bacterias (10ᵌᵒ) en la biosfera 77 Son replicones Se pueden integrar al cromosoma bacteriano (lisogenia) La transferencia de ADN de una bacteria a otra mediante la participación de bacteriófagos se denomina Transducción Los bacteriófagos participan en la generación de islas genómicas 78 79  Ciclo Lítico: lisis celular al término del ciclo de vida. Unidades formadoras de placas 80 81  Ciclo Lisogénico: Estado quiescente en la célula En este estado quiescente la mayoría de los genes del fago no se transcriben El genoma del fago existe en un estado reprimido “profago” En la mayoría de los casos el ADN de fago se replica junto con el cromosoma del huésped y se transmite a las células hijas Existen diversos eventos que conducen a la lisogenia 82 Circularización del Recombinación Sitio- Represión del genoma cromosoma del específico: del fago: Un represor fago (fago λ) ADN recombinación codificado por el fago, catalizada por enzima presenta afinidad y se molécula lineal db codificada por el fago, une en el en operador pequeñas regiones en un sitio particular el ADN del fago de cadena sencilla en el ADN del fago atenúa la en los extremos 5’ circularizado y un sitio transcripción de la son particular en el mayoría de los genes complementarias cromosoma del del fago, EXCEPTO el (extemos huésped. Integración gen que da lugar al cohesivos) del ADN del fago en represor huésped 83  Expresión génica Clase I: tempranos, polimerasa viral, proteínkinasas, proteínas enzimáticas anti-restricción (metilisas), ligasas Clase II: medios, relacionados con la replicación del ADN viral, degradación del ADN bacteriano y lisis de la bacteria Clase III: tardíos, codifican para: proteínas de la cabeza, de la cola viral, proteínas de maduración del ADN, proteínas para el ensamblaje de las partículas virales 84 85  Han desarrollado a lo largo de la evolución mecanismos cada vez más eficientes para infectar las células bacterianas El conocimiento profundo de los sucesos que tienen lugar durante la infección de una Diferentes sistemas bacteria por un fago, indicará que genes del de infección fago se están expresando para llevar a cabo su ataque y en qué momento lo hacen Síntesis de Producción de Síntesis de una nueva subunidades de proteínas activadoras ARN polimerasa nueva formación de o represoras de los (Fago T7) la ARN polimerasa operones del fago (Fago SP01) (Fago λ) 86 Fago t7: Ciclo lítico (E. Genes de la clase I: Genes de la clase III: Genes de la clase II: coli), ADN doble Metilasa, vence el Proteína principal de Síntesis de ADN, hélice lineal de 12 sistema restricción de la cápside, Proteínas Endonucleasa, micras de longitud, la bacteria, de la cola, Proteína Lisozima, ADN los genes están Proteínaquinasa, ARN interna, Proteínas de polimerasa y organizados en tres polimerasa, ADN la cápside, Exonucleasa tipos o grupos ligasa Maduración del ADN 87  La quinasa fosforila la ARN polimerasa de la Infección: Fago ARN mensajero: bacteria e impide inyecta su ADN, la información para su ARN polimerasa una nueva ARN funcionamiento. Se transcriben los de la bacteria polimerasa de ARN pol viral genes de la Clase reconoce tres origen viral. ARN transcribe los III (genes tardíos) promotores en el pol viral reconoce genes de la clase II extremo del ADN Regulación en al resto de los (genes medios), del fago junto a cascada promotores de los relacionados con los genes de la genes de la clase II la replicación del clase I (genes y de la clase III ADN viral, tempranos) degradación del ADN bacteriano y lisis de la bacteria 88  Virus cuya estrategia es producir subunidades nuevas que se unen a la ARN polimerasa de la bacteria y modifican su capacidad para reconocer a los promotores de los genes bacterianos Genes tempranos: promotores reconocidos por la ARN pol de la bacteria y entre ellos se encuentra el Polipéptido 28, que se une a la ARN pol y la hace capaz de reconocer a los promotores de los genes medios. Deja de reconocer a los promotores de los genes bacterianos Infecta a la bacteria Bacillus subtilis Genes medios: Se transcribe los polipéptidos 33 y 34, que se unen a la ARN pol de la bacteria y reconocen los promotores de los genes tardíos 89 FAGO λ: ADN lineal doble hélice, E. coli Respuesta Lítica y lisogénica Se distinguen varias regiones en ADN en base al tipo o función de los genes que contiene cada una de ellas 90  Regiones con funciones de regulación, funciones de integración del ADN del fago en el ADN bacteriano Regiones que contienen Regiones con genes genes relacionados con la relacionados con la replicación del ADN, la lisis maduración del virus bacteriana 91 92  Regulación durante el ciclo lítico Mecanismo: la Regulación durante producción de el ciclo lisogénico proteínas Distintos momentos activadoras o represoras de los Competencia entre operones del fago lisis y lisogenia Inducción del profago 93  Ciclo lítico Transcripción temprano-inmediata: ARN pol bacteriana se une al promotor para transcribir hacia la derecha el gen cro y al promotor para transcribir la proteína N Gen cro: relacionado lisis/lisogenia Proteína N actúa como activador de la transcripción de los genes temprano-retrasados que son cII, O, P y Q y del gen cIII 94  cII y cIII: regulación de la lisogenia Genes O y P: codifican para productos necesarios para la replicación del ADN Gen Q: activador de la transcripción de los genes tardíos Genes tardíos: genes que intervienen en la lisis bacteriana, los genes involucrados en la síntesis y el ensamblaje de las proteínas de la cabeza del fago, y los genes necesarios para la síntesis y ensamblaje de las proteínas de la cola del virus 95 96 97 98 99 https://www.youtube.com/watch?v=qyzlGVPAUj8 https://www.youtube.com/watch?v=PgBGxuzUmek 100  Transducción https://www.youtube.com/watch?v=txSq-7BchUQ 101 https://www.youtube.com/watch?v=DvLVDkmAayU 102  Mayoría los virus son partículas sumamente pequeñas Útiles: técnicas microbiológicas como el Aislamiento de ensayo de placa para aislar fagos y visualizar una bacteriófagos infección efectiva Ensayo en placa: presencia de fagos se determina mediante las infecciones y la lisis efectiva de las bacterias seleccionadas, generando así zonas claras conocidas como placas 104 105 Genética de microorganismos eucariotas 106 107 Complejidad del genoma 108 Hongos levaduriformes 109 Genoma y cromosomas Saccharomyces cerevisiae Genoma de tamaño aproximado de 1.5 x 107 pb. (3 veces más que el de E. coli) Facilitó y propició el desarrollo de proyectos involucrados en la secuenciación de genomas de una variedad de organismos eucariotas 110 111  ORF's Saccharomyces cerevisiae Dudosos; 12,34% Sin Caracterizar; 18,85% Verificados; 68,81% Verificados Sin Caracterizar Dudosos 4544 ORFs, 68.81% 1245 ORFs, 18.85% 815 ORFs, 12.34% 112 Feature Type Total X_element_combinatorial_repea 28 ts Total ORFs 6604 rRNA 27 Verified ORFs 4544 Uncharacterized ORFs 1245 Pseudogenes 21 Dubious ORFs 815 Y'_element 19 Long_terminal_repeat 382 tRNA 299 Centromere 16 ARS 274 ncRNA 9 Transposable_element_genes 89 snoRNA 77 snRNA 6 Retrotransposon 50 Total 7996 Telomere 32 X_element_core_sequence 32 12,156,67 Chromosome length (bp) 8 Telomeric_repeat 31 113  Levadura Una levadura haploide contiene 16 cromosomas variando en tamaño de 200 a 2200 Kb. Los cromosomas contienen elementos movibles, retrotransposones, que varían en número y posición en las diferentes cepas. Se localizaron un total de 6183 marcos de lectura abiertos (ORF, open reading frame) y se predijo que de éstos, 5800 correspondían a genes que codificaban para proteínas El genoma de la levadura es muy compacto, dado que el 72% de la secuencia corresponde a secuencias codificantes 114  El tamaño promedio de los genes de levadura es de 1.45 kb, o 483 codones. Solamente el 3.8% de los ORFs contienen intrones Composición: 60% A+T, Histonas: H2A, H2B, Levadura H3, H4 y H1. Sólo la H4 es similar a la de otros eucariotas. El ARN ribosomal se encuentra codificado por 120 copias repetidas y arregladas en tandem en el cromosoma, hay 262 genes que codifican para ARNs de transferencia, 80 de los cuales poseen intrones 116  Retrotransposones Elementos Ty: se insertan en regiones reguladoras Recombinación: en el 30-35 copias por genoma de los genes, causando mismo o en diferentes haploide una mutagénesis por cromosomas inserción Se llaman Mecanismo: 5.2 kb flanqueado por transcripción a un ARN retrotransposones repeticiones terminales largas (LTR) de 340 pb porque su replicación es intermediario, semejante al mecanismo transcripción inversa a llamadas secuencias δ. seguido por los retrovirus ADN e Inserción 117  Plásmidos de levaduras La mayoría de levaduras contienen un plásmido típico denominado “círculo de 2 μm”. Se trata de una molécula de ADN circular de 6 318 pares de bases que se replica hasta alcanzar un elevado número de copias. El plásmido contiene cuatro genes que codifican proteínas, todos ellos implicados en el mantenimiento del plásmido. 118 Este plásmido no confiere fenotipo alguno a la célula No hay pruebas que este plásmido se llegue a integrar al ADN cromosomal Su mayor interés radica en ser un vector para la clonación de genes foráneos en levaduras. 119 Transcripción y regulación Coactivadores y correpresores transcripcionales funcionan modificando enzimáticamente a las histonas. El enrollamiento del ADN alrededor del octámero de histonas es actualmente considerado como el punto más importante de la regulación transcripcional. 120  Transcripción y regulación Los nucleosomas son capaces de reprimir la transcripción a través de mecanismos específicos Bloqueando los sitios de unión al ADN de los activadores, represores, ARN polimerasa, etc Las cadenas de nucleosomas pueden formar estructuras muy compactas (superestructura), reprimiendo la transcripción de dominios cromosomales completos 121  Transcripción y regulación Inicio de la síntesis de ARN en levadura está constituido por la holoenzima (formada por la enzima ARN polimerasa II asociada al mediador) y por los factores generales TFIIs (TFII-A, TFII-B, TFII-D, TFII-F, TFII-E y TFII-H). 122 El factor general TFII-D está formado por las proteínas TAFs y la proteína TBP, siendo ésta última la que reconoce la caja TATA. La afinidad del complejo por las secuencias promotoras generalmente es pobre, y se requiere de la acción de los activadores transcripcionales La existencia de diferentes tipos de activadores se demostró por medio de la obtención de mutantes y por ensayos de unión a ADN Así se encontró que hay activadores específicos para grupos de genes y que éstos solamente son capaces de ejercer su efecto activador en determinadas condiciones fisiológicas 123  Coactivadores: estimulan la transcripción pero no a través El primer coactivador que se de unirse al ADN sino describió fue el codificado por estimulando la acción positiva el gen GCN5 de S. cerevisiae. de los activadores. Poco tiempo después se encontraron los genes homólogos a GCN5 de una variedad de El producto de GCN5 es una organismos eucariotas incluyendo el humano, el producto de este gen se acetilasa de histonas encuentra formando parte de complejos multiproteicos. La acetilación de las histonas ocurre en las secuencias laterales o colas, que no forman parte del centro del nucleosoma, y por tanto, la acetilación de éstas contribuye a desestabilizar la interacción entre el ADN y las histonas, es decir, la superestructura de la cromatina. 124 Ciclo de vida 125  Vegetativo Durante la fase vegetativa, la levadura se divide por gemación. La célula hija inicia su crecimiento formando una yema en la célula madre, posteriormente ocurre la división nuclear, la síntesis de la pared y finalmente la separación de las dos células Durante muchos años se consideró que, a diferencia de los hongos denominados filamentosos, No formaban hifas, pero, se encontró un fenómeno: el organismo levaduriforme por anastomosis, es capaz de formar hifas (pseudomicelio) 126 Se conoce como dimorfismo y existen cascadas de señales responsables de cambiar y mantener cada uno de los dos tipos de crecimiento Por medio de receptores anclados a la membrana celular, las levaduras pueden responder a la presencia de moléculas que actúan como señales en una condición fisiológica determinada Estas señales se transducen por un sistema de señalización en el que participan cinasas denominadas "proteín-cinasas mitogénicamente activadas" (MAPK) 127  Por ejemplo, si un cultivo de levaduras se expone a alta o baja osmolaridad, la presencia de una alta o baja concentración sal en el medio de cultivo constituye una señal, que es capaz de activar o reprimir la expresión de un gen o grupos de genes Se han descrito en S. cerevisiae distintas cascadas que responden a estímulos ambientales diferentes y específicos 128 129 130 131  Apareamiento de Levaduras o ciclo sexual 132  Una levadura crece como una célula aislada y cada célula de levadura haploide es capaz de actuar como un gameto. Muchas tienen dos tipos conjugativos diferentes, que se pueden considerar análogos a macho y hembra Ambos son estructuralmente semejantes y sólo se pueden diferenciar dejándolos fusionar. Por fusión de dos tipos opuestos se forma una célula diploide En algunas levaduras esta célula diploide es capaz de crecer vegetativamente originando la formación de una población de células genéticamente idénticas, pero diploides Bajo determinadas condiciones, las células diploides de esta población puede sufrir meiosis y formar gametos haploides (cuatro gametos dos de cada tipo conjugativo). Ydenberg, C.A., Rose, M.D. (2008). Yeast Mating. In: Chen,