Tema 3 Componentes Intracelulares PDF

Tema 3. Componentes intracelulares. Citoesqueleto. Membranas. Inclusiones. Nucleoide. Esporulación: fases y regulación. PROTEÍNAS CITOESQUELÉTICAS BACTERIANAS Homólogos de: Función Se ha encontrado en: Tubulina FtsZ Divis...

Tema 3. Componentes intracelulares. Citoesqueleto. Membranas. Inclusiones. Nucleoide. Esporulación: fases y regulación. PROTEÍNAS CITOESQUELÉTICAS BACTERIANAS Homólogos de: Función Se ha encontrado en: Tubulina FtsZ División celular En bacterias y arqueas BtubA/BtubB ? Sólo en Prosthecobacter, transmisión horizontal de genes eucariotas? Actina FtsA División celular En muchas especies bacterianas MamK Posicionamiento magnetosomas En bacterias magnetotácticas MreB/MbI Mantenimiento de la morfología, La mayoría de bacilos segregación de cromosoma, localización de proteínas Filamentos intermedios CreS (Crescentina) Induce curvatura Caulobacter crescentus Sólo bacterianas MinD Evita la polimerización de FtsZ en los La mayoría de bacilos polos de la célula ParA Segregación de cromosoma En muchas especies PROTEÍNAS CITOESQUELÉTICAS BACTERIANAS MEMBRANAS INTRACITOPLASMÁTICAS INCLUSIONES  Gránulos de materiales orgánicos o inorgánicos, almacenados por la célula para un uso futuro glicógeno poli-β-hidroxibutirato (PHB) y otros polifosfatos azufre  Algunos están rodeados por una membrana con una sola capa  las membranas varían en su composición  algunas contienen sólo proteínas, otras sólo lípidos INCLUSIONES: CIANOFICINAS Grandes polipéptidos con aproximadamente la misma cantidad de aminoácidos arginina y ácido aspártico Son visibles con el microscopio óptico y almacenan nitrógeno para la bacteria INCLUSIONES: CARBOXISOMAS Inclusiones citoplásmicas de forma poliédrica, que contienen la enzima RuBisCo Presente en bacterias con autotrofía vía ciclo de Calvin: cianobacterias, quimiolitotrofos, bacterias rojas del azufre INCLUSIONES: VOLUTINA Los gránulos de volutina son una forma de almacenamiento intracitoplasmático del complejo inorgánico de polifosfatos , presente principalmente en algunas bacterias. Los polifosfatos granulados muestran un efecto metacromático, y tienen un aspecto rojo cuando se tiñen con azul de metileno. INCLUSIONES: ENTEROSOMAS Estructuras similares a los carboxisomas presentes en bacterias heterótrofas (Salmonella, E. coli, enterobacterias). No contienen RuBisCo, aunque tienen otras proteínas comunes con los carboxisomas. Contienen los enzimas requeridos para la degradación de algunos compuestos como fucosa, propanodiol o etanolamina (metabolitos de fucosa), cuya degradación produce intermediarios tóxicos A. Carboxisomas en una cianobacteria B. Carboxisomas en un quimioautótrofo C. Enterosomas en Salmonella ESTRUCTURAS RELACIONADAS CON LA MOVILIDAD: VESÍCULAS DE GAS Presentes en bacterias acuáticas: Permiten la flotabilidad de la bacteria en un punto determinado de la columna de agua. Estructuras ahusadas cubiertas por una membrana proteica Impermeables al agua Vesículas de gas Estructura de la cubierta de las vesículas de gas ESTRUCTURAS RELACIONADAS CON LA MOVILIDAD: MAGNETOSOMAS  Cristales de magnetita (Fe3O4) o greigita (Fe3S4), que permiten a la bacteria orientarse a lo largo de las líneas geomagnéticas  Las bacterias magnetotácticas constituyen un grupo heterogéneo de eubacterias, caracterizado por su capacidad de orientarse en campos magnéticos. - Bacterias acuáticas gramnegativas, móviles por flagelos y con aerotactismo negativo  MAGNETOSOMAS Estructuras recubiertas por invaginación de la membrana celular Contienen proteínas responsables de la biomineralización de materiales magnéticos Se alinean en cadenas mediante filamentos citoesqueléticos http://www.youtube.com/watch?v=8N1U75qCg00  PROSTECAS Extensión del citoplasma con pared, membrana y citoplasma, pero no DNA ni ribosomas. Esta es una adaptación morfológica a estos entornos, tendrían una función nutricional ya que permiten captar más nutrientes al incrementar la superficie de captación. Pueden tener otras funciones, como fijarse a las rocas por medio de un disco adhesivo y evitar ser arrastrada por la corriente, ya que suelen vivir en ríos. NUCLEOIDE Zona de morfología irregular donde se localiza el/los cromosoma/s y proteínas asociadas No rodeado de membrana (pocas excepciones) El plegamiento se produce por super-enrollamiento del ADN y por proteínas (no histonas)  ENDOSPORAS BACTERIANAS Las endosporas son formas de reposo, con el metabolismo prácticamente detenido (criptobiósis). Debido a su diseño, resisten condiciones físicas y químicas muy agresivas (radiaciones UV, calor, sequedad, disolventes, etc.). Son producidas por ciertas bacterias Gram positivas: Bacillus, Clostridium, Sporosarcina.  ENDOSPORAS BACTERIANAS Criterios taxonómicos Su diámetro relativo al de la célula madre ~ Deformantes ~ No deformantes Localización ~ Subterminales ~ Centrales ~ Terminales  Estructura de una endospora EX: exosporio (proteínas) SC: cubierta (proteínas hidrofóbicas) CX: córtex (peptidoglicano especial) CW: pared cel·lular NU: Nucleo  PROTOPLASTO (NÚCLEO DE LA ENDOSPORA) Citoplasma muy deshidratado (10 - 30%) Contiene el cromosoma, pocos ribosomas, ARNt, ARN polimerasa, mono y di nucleótidos pero no tri nucleótidos (no ATP). Carece de componentes inestables: ~No ARNm ~No enzimas biosintéticas ~No aminoácidos ni bases nitrogenadas ~No cofactores reducidos (NADH, CoA, etc.) Espora de Bacillus cereus  Gran cantidad de pequeñas proteínas especiales, las pequeñas, ácidas, solubles (SASP) que mantienen el pH más bajo que en la célula vegetativa. ~Durante la germinación se usarán como fuente de aminoácidos. ~Acomplejan el ADN: protegen de las radiaciones UV. Fuente de energía: 3-fosfoglicerato→PEP  DPA DPC Sus componentes están inmovilizados en una matriz de quelatos de ácido dipicolínico (DPA) con iones Ca2+ (dipicolinato de calcio, DPC), que llega a representar el 15% del peso.  MEMBRANA INTERNA DE LA ESPORA. Rodea al protoplasto, membrana citoplásmica que carece de fluidez (estructura policristalina). http://sitemaker.umich.edu/hanna_lab/home. A Bacillus anthracis endospore (False colored transmission electron micrograph, 92,000X, as shown on the cover of the Jan. 1, 2004 issue ofthe Journal of Bacteriology) PARED DE LA ENDOSPORA A base de un peptidoglucano similar al de la célula vegetativa. Estructura muy delgada. Constituye lo que será la pared de la futura célula vegetativa. Origen: se sintetiza a partir de la preespora Pared  CORTEZA O CÓRTEX Córtex Al microscopio electrónico: gruesa, transparente a electrones, láminas concéntricas, formado de un peptidoglucano especial: ~ 30% del NAM con tetrapéptidos, pero con bajo grado de entrecruzamiento ~15% del NAM tiene solo L-ala ~55% lactama del ácido murámico Composición del peptidoglicano en el córtex de la endospora 15% 30% 55%  CORTEZA O CÓRTEX Origen: a partir de la célula madre. Tiene un bajo grado de entrecruzamiento: ~ Estructura más laxa, floja y flexible que el PG normal es capaz de expandirse o contraerse. ~ Rápida autolísis durante la germinación. La lactama del murámico presenta gran resistencia a la lisozima. CUBIERTAS Aspecto muy voluminoso, distinto según especies. Partes densas a los electrones. Formada de una o más proteínas de tipo queratina, ricas en cisteína y amino ácidos hidrófobos. Estructura insoluble e impermeable que impide la entrada de numerosos agentes químicos agresivos, incluyendo tóxicos. EXOSPORIO Estructura membranosa transparente, a modo de saco delgado a base de proteínas, polisacáridos complejos y lípidos Muy resistente a enzimas proteolíticas PROPIEDADES BIOLÓGICAS DE LAS ESPORAS - Hipometabolia - Dormancia: gran inercia a los sustratos exógenos - Resistencia al calor - Deshidratación - Resistencia a los rayos UV - Acidificación: SASPs ESPORULACIÓN Todo el proceso dura unas 10 h Proceso complejo de diferenciación cellular: spo, ssp. Más de 200 genes Se inicia cuando no se puede seguir el crecimiento vegetativo por falta de nutrientes: - La señal de privación de nutrientes induce la activación de un complejo sistema de regulación ESPORULACIÓN Estímulo desencadenante de la esporulación: estado de inanición (carencia de nutrientes) Dura 7-8 horas en Bacillus subtilis o en B. megaterium. Activación de diversos genes (spo, ssp ) Las fases se nombran con un número romano (I, II,....VII). Se suele indicar los límites de tiempo en los que transcurre la fase (ej: t2-t3 significa que la fase transcurre entre la 2ª y la 3ª hora) https://www.youtube.com/watch?v=NAcowliknPs https://www.youtube.com/watch?v=VbDHV7j5-PQ FASE I (T0-T1) Los dos cromosomas se condensan formando un filamento. Se inician dos tabiques, cada uno cerca de un polo (espículas de PC hacia el interior). Se degradan proteínas viejas y los aminoácios se emplean en fabricar proteínas específicas de la esporulación. Se sintetizan y liberan al medio: antibióticos y exoenzimas (proteasas, amilasas, ribonucleasas, etc.). FASE II (T1-T2) Se termina el septo acéntrico en uno de los polos (el otro septo no se completa, aborta). Cada nucleoide queda en un: ~Compartimiento pequeño, la prespora. ~Compartimiento grande la célula madre. Sigue síntesis de antibióticos y exoenzimas (proteasas, amilasas, ribonucleasas, etc.). FASE III (T2-T3) Formación del protoplasto de la espora debido a: ~ Degradación selectiva del PG del septo ~ La membrana citoplásmica de la célula madre va avanzando hacia el polo, envolviendo a la prespora Resultado: prespora posee dos membranas, con polaridad opuesta. La síntesis de proteínas sigue en la célula madre, pero se detiene en la prespora. FASE IV (T3-T4) Formación de la corteza: deposición de PG de la célula madre entre las dos membranas de la prespora. Deposición del PG de la pared, procedente de la prespora. La espora puede verse ya refráctil en fresco. Comienza síntesis de DPA y acumulación de Ca2+. Comienza la síntesis del exosporio. FASE V (T4-T5.5) Deposición de materiales de las cubiertas por fuera de la membrana externa de la espora. Continúa la acumulación de DPA, que secuestra iones Ca2+ para formar el DPC en el protoplasto. FASE VI (T5.5-T7) Maduración de prespora a endospora. Maduración de la corteza (PG especial, más laxo, con pocos entrecruzamientos). Maduración de las cubiertas. Citoplasma se hace más homogéneo y denso a los electrones. Resistencia al calor y al cloroformo. Resistencia a las radiaciones UV. Resistencia a la lisozima lisozima. FASE VII (T7-T8) Autolisis de la célula madre y liberación de la espora. El exosporio pierde agua y se pega a las cubiertas. ETAPAS EN LA FORMACIÓN DE LA ENDOSPORA CUERPOS PARASPORALES Producidos en algunas especies: Bacillus thuringiensis y B. popiliae. Cristales proteicos octaédricos (bipiramidales) formados en el esporangio durante la esporulación. Agregación regular de subunidades de una glucoproteína de 120 kD en fase IV (proteínas Cry). Son insecticidas ecológicos, específicos frente a larvas de: coleópteros y dípteros. TOXINAS CRY  GERMINACIÓN La germinación es el proceso por el cual una espora se convierte al estado vegetativo. Es mucho más rápida que la esporulación (dura unos 90 minutos).  GERMINACIÓN Germinante: variable según la especie (glucosa, iones, L-alanina, etc.). Se une a receptores (GR) de cubierta ACTIVACIÓN Salida de H+, ???? K+, Na+ Salida de DPA-Ca, hidratación parcial del núcleo, se va perdiendo la resistencia CRECIMIENTO Hidrólisis del córtex, hidratación total del núcleo, pérdida de resistencia GERMINACIÓN DE LA ENDOSPORA Fases: Preactivación Activación Germinación Crecimiento ulterior (entrada en fase vegetativa) PREACTIVACIÓN Las cubiertas deben erosionarse, de modo natural por envejecimiento progresivo y de modo artificial se puede lograr: ~100ºC durante unos minutos ~Radiaciones ionizantes ~pH bajo ~ Tratamiento con sustancias que posean grupos –SH libres como Mercaptoetanol ACTIVACIÓN Etapa aún reversible. Metabolismo aún latente. Desencadenada por un agente germinante (iones inorgánicos [Mg2+, Mn2+], L-ala, glucosa u otros azúcares, adenina u otras bases nitrogenadas). ~El germinante es detectado por un receptor alostérico en la MI de la espora. ~El receptor activado adquiere capacidad proteolítica. ~Rompe la proenzima unida covalentemente al PG de la corteza. ~La enzima reconoce al anillo del NAM e hidroliza el PG de la corteza. Empieza a entrar agua al protoplasto espora pierde la refringencia y comienza a perder resistencia al calor.  El proceso se hace ya irreversible, se rompe la dormancia, hay metabolismo, GERMINACIÓN pero es endógeno: ~ Se pierde DPA y se supone la pérdida de Ca2+. ~ Ca2+ pasa a corteza y neutraliza cargas negativas del PG hay rehidratación e hinchamiento del protoplasto y más contracción de la corteza. ~ El 3-fosfoglicerato → 2- fosfoglicerato → PEP → ATP ~ SASPs se hidrolizan por una proteasa activa y los aminoácidos se reutilizan en fabricar nuevas proteínas. ~ Comienza la transcripción de genes vegetativos. TERMINACIÓN El metabolismo ya se hace exógeno. Se sintetiza ADN. Protoplasto crece. La pared de la espora sirve como germen para la pared de la célula vegetativa La célula vegetativa “sale” rompiendo las cubiertas. Regulación de la esporulación Regulación de la esporulación