ESTRUCTURAS DE LA CLULA BACTERIANA Y SU FUNCIN

ESTRUCTURAS DE LA CÉLULA BACTERIANA Y SU FUNCIÓN (PARTE I) Autor M en C. ADA ELIA DÍAZ GONZÁLEZ BORJA Octubre 2015

PROGRAMA EDUCATIVO: LICENCIATURA EN MEDICO VETERINARIO ZOOTECNISTA UNIDAD DE APRENDIZAJE BACTERIOLOGÍA Y MICOLOGÍA UNIDAD DE COMPETENCIA I OBJETIVO Que el estudiante conozca las principales estructuras que componen a la célula bacteriana, así como su función. .

INTRODUCCION En las últimas décadas se han hecho importantes avances en el estudio de la ultraestructura bacteriana, lográndose una identificación bioquímica de muchas fracciones subcelulares; estos avances han permitido ubicar a las bacterias en el reino Procaryotae. El conocimiento de las diferentes estructuras y composición ha permitido comprender como muchas bacterias se relacionan con el hombre, ya sea como integrantes de la flora normal o como agresoras para el mismo. Estructuras bacterianas bien identificadas son inmunógenos importantes, que permiten el desarrollo de vacunas, logrando verdaderos avances en la medicina de los últimos años. Ejem. Vacunas contra microorganismos causantes de meningoencefalitis supurada como Haemophilus influenzae tipo b y Neisseria meningitidis (meningococo) A, B y C.

CLASIFICACIÒN DE LAS ESTRUCTURAS BACTERIANAS Las estructuras bacterianas se pueden clasificar en: Estructuras internas o intracitoplásmicas Material genético Ribosomas Cuerpos de inclusión y otras. . Estructuras externas o envoltura celular: Membrana plasmática Pared celular Cápsula y Apéndices como fimbrias o pilis y flagelos. Contienen los sitios de transporte para nutrientes, interviene en la relación huésped parásito, es blanco de las reacciones del sistema inmune y puede contener estructuras tóxicas para el hospedero. .

CITOPLASMA El citoplasma bacteriano es un gel de alta presión osmótica, compuesto por agua, proteínas, hidratos de carbono, lípidos, compuestos minerales. Función § Crecimiento celular. § Metabolismo § Reproducción Citoplasma

CITOPLASMA Estructuras internas Nucleoide. § Plásmidos § Ribosomas. § Mesosomas § Inclusiones de diversos materiales nutritivos. § Vacuolas § Citoplasma

NUCLEOIDE nucleoide El material nuclear bacteriano no se encuentra delimitado por una membrana. Contenido en una región discreta del citoplasma, llamada nucleoide El genoma (información genética) esta contenido en una molécula circular de ácido desoxirribonucleico (ADN) de doble cadena, considerado como un cromosoma único. Opcionalmente, plásmidos además, por

ADN O MATERIAL GENÉTICO El ADN de la bacteria esta constituido por una sola molécula en doble hélice (esta molécula es grande en comparación con el tamaño de la bacteria). Es circular. Esta superenrollado.

PLÁSMIDOS Elementos genéticos extracromosómicos con capacidad de replicación autónoma. Son pequeñas moléculas de ADN circular, presentes en el citoplasma, de forma independiente al genoma. Función: Confieren nuevas propiedades fenotípicas a las bacterias que los poseen. Se transfieren a otras bacterias a través de dos formas: Fisión binaria Durante el proceso de conjugación (intercambio de información genética) a través de un pili.

IMPORTANCIA DE LOS PLÁSMIDOS Resistencia a antibióticos (plásmidos R), estos pueden ser transferidos a partir de miembros de la flora bacteriana normal a bacterias patógenas. Resistencia a metales pesados (mercurio). Plásmidos de virulencia. Producción de bacteriocinas Son proteínas tóxicas producidas por bacterias que matan a otras de la misma especie. Utilización de hidrocarburos como las Pseudomonas. producción de toxinas, factores de penetración en tejidos, adherencia a tejidos del hospedador, etc. , en ciertas bacterias patógenas. Degradación de tolueno, xileno, alcanfor, etc. Interacciones simbióticas y fijación de nitrógeno en ciertos Rhizobium.

RIBOSOMAS o Los ribosomas están compuestos de proteínas en un 35% y de ARN ribosomal en un 65%. o Función: Contienen todos los componentes que permiten la síntesis proteica. o Forman cadenas llamadas polirribosomas o polisomas, se asocian a diferentes segmentos del cromosoma bacteriano/ o membrana citoplasmática o Los ribosomas tienen un coeficiente de sedimentación de 70 S. o El número de ribosomas en una célula bacteriana, varía: Con base a la fase de crecimiento y A las condiciones de cultivo, generalmente son más abundantes en fases de crecimiento logarítmico.

MESOSOMAS Son estructuras membranosas intra citoplásmicas que se observan en la mayor parte de las bacterias. Son invaginaciones citoplásmica. de la membrana Tabiques transversales Zonas cercanas a los nucleoides. Funciones: Formación del septo transversal. Participan en los procesos de remodelación de la pared celular, así como favorecer el transporte de electrones y síntesis de componentes. Secreción de ciertos exoenzimas en Bacillus

INCLUSIONES CITOPLASMÁTICAS (GRÁNULOS Y VACUOLAS) Las inclusiones citoplasmáticas, son acúmulos de sustancias orgánicas o inorgánicas, rodeadas o no de una envoltura limitante de naturaleza proteínica, que se originan dentro del citoplasma bajo determinadas condiciones de crecimiento. Son reservas de fuentes de C o N (inclusiones orgánicas). Son reservas de fuentes de P o S (inclusiones inorgánicas). Su presencia depende de las condiciones de cultivo y del estado funcional de la célula bacteriana. Ejemplo: gránulos de polifosfato/metacromáticos, presentes en bacterias de los géneros Corynebacterium y Micobacterium y otras.

Bacterias acuáticas fotosintéticas verdes pueden contener clorosomas, cuya función es captar la luz. Cianobacterias: contienen gránulos de cianofina cuya función es reserva de nitrógeno. Cianobacterias contienen gránulos de ficobilisomas cuya función es captar energía de la luz y transferirla a la clorofila.

GRÁNULOS DE GLUCÓGENO Muchos tipos de bacterias, contienen gránulos de glucógeno cuya Función: reserva fuente de carbono Imagen: microscopía electrónica de transmisión se observan los gránulos de glucógeno como puntos negros de

Gránulos de cianoficina: son gránulos refringentes de cianobacterias. Función: reservas de fuente de N. Gránulos de polifosfato/ gránulos de volutina/metacromáticos: Son acúmulos de polifosfato, es un modo osmóticamente inerte de acumular fosfato. Función: Reserva intracelular de fosfato y energía, que puede utilizarse en la síntesis de ATP. Granulos de poly B hidroxibutirato Función: Reserva de energía y carbono

Granulos de azufre: En dos grupos de eubacterias que usan el sulfuro de hidrógeno (SH 2) como fuente de energía. Bacterias fotosintéticas purpúreas del azufre Bacterias filamentosas no fotosintéticas (Beggiatoa, Thiotrhix). Granulos de poly B hidroxibutirato Función: Reserva carbono de energía y

Glóbulos de azufre: bacteria Thiomargarita. Obsérvese refringencia gigante su gran Función: reserva de azufre. Fotografía microscopio óptico. Bacteria gigante descubierta en un lago de Namibia. Se observan sus glóbulos “perlados” de azufre.

VACUOLAS DE GAS Las bacterias tienen una densidad mas elevada a la del agua, en un medio acuosos tienden a sedimentarse. Estructuras responsables de que las células floten, en respuesta a factores microambientales. Estructuras huecas, rígidas de diferente longitud, llenas de gas, ubicadas en el citoplasma de bacterias acuáticas fotosintéticas pueden contener vacuolas de gas en el citoplasma. Composición: naturaleza proteica Gvp. A (hidrofobica 97%) y Gvp. C.

Función: La función de estas vacuolas es mantener un grado de flotabilidad óptimo en los hábitats acuáticos a las bacterias que las poseen, permitiéndoles alcanzar la profundidad adecuada para su modo de vida: Obtención de una intensidad adecuada de luz Concentración óptima de oxígeno Concentración de nutrientes. Ejemplo: Eubacterias fototrófas como Cianobacterias fotosintéticas purpúreas y verdes. y bacterias Algunas arqueas como Halobacterium, algunas metanógenas y en bacterias prostecadas (Ancalomicrobium, Prosthecomicrobium).

Flotación de cianobacterias en un lago rico en nutrientes de Wisconsin.

CÁPSULA O GLICOCALIX. Estructura bacteriana que contienen polisacáridos. Ubicación: por fuera de los elementos que constituyen a la membrana externa de la pared celular de las Gram - y por fuera de peptidoglicano de las bacterias Gram +, es una acumulación de material mucoso o viscoso. Son estructuras inertes Carentes de papel activo metabólico, Confieren a las bacterias importantes propiedades.

FUNCIÓNES DE LA CÁPSULA Mejora las propiedades de difusión de nutrientes hacia la célula. Protege contra la desecación, predación por parte de protozoos. Protege contra: agentes antibacterianos, metales pesados, bacteriófagos, células fagocíticas (p. ej. , la cápsula del neumococo), detergentes. Favorece la adhesión a células hermanas, generando microcolonias. Adhesión a sustratos inertes o vivos, permitiendo la colonización de nichos ecológicos (ejemplo: tejidos de organismos superiores) Resistencia frente a la fagocitosis. Importante en la fijación (adherencias) en ciertos microorganismos patógenos. En procesos patológicos, la cápsula es un factor de virulencia, de este depende el inicio de muchas infecciones, por parte de bacterias patógenas

CÁPSULA: COMPOSICIÓN QUÍMICA Cápsulas polisacarídicas Heteropolisacáridos constituidos de aminoazúcares, ácidos polioles. aniónicos, azúcares, urónicos, Homopolisacáridos neutros, constituidas de levanos (polímeros de unidades de fructosa unidas por b(2 6), dextranos, celulosa, alginatos, ejemplo en Pseudomonas. Cápsulas polipeptídicas Constituidos por glutamil-polipéptidos, presente solo en el género Bacillus.

FLAGELOS § Son largos apéndices filamentosos extracelulares, helicoidal, hueco, que se fijan a la célula por uno de sus extremo y el otro se encuentra libre, longitud de 10 a 20 nm. § Ejemplos: Escherichia coli es de 20 nm Función: § § Confiere movilidad a la célula. § Permiten a la célula bacteriana, moverse, o trasladarse a lo largo de superficies sólidas. § Se desplaza a 0. 00017 Km. /h § Presentes en bacterias Gram + y Gram-, con frecuencia en bacilos y muy raro en cocos. Composición: proteína llamada flagelina, sustancia que confiere propiedades antigénicas, (antígeno H ).

DISPOSICIÓN DE FLAGELOS A. Monotricas: § un solo flagelo se puede localizar en cualquiera de ambos extremos, es común en bacterias bacilares. B. Lofotrica: § significa lofos; penacho trica pelos, penacho de pelo. Spirillum volutans hay más de 80 flagelos en el penacho. C. Anfitricas: § dos penachos de flagelos, uno en cada polo. , por ejemplo Elenomonas D. Peritríca: § peri: alrededor, los flagelos pueden estar insertados en uno o varios ligares alrededor de la superficie celular.

Por ejemplo, Escherichia coli posee 10 flagelos, Proteus mirabilis y Salmonella tiphymurium

DISPOSICION DE FLAGELOS

FIMBRIAS § Apéndices filamentosos rectos y rígidos, más cortos y más finos (3 -10 nm de diámetro) que los flagelos, presentes en muchas bacterias Gram-. Función: Estructura de fijación o adherencia a superficies (tejidos animales). § Presentes en bacterias patógenas. § Ejemplos: Neisseria gonorrhoeae y en cepas uropatogénicas de Escherichia coli. § Composición: § Naturaleza proteica, (pilina), no participan en la motilidad.

PILI (PELO) Estructuras similares a las fimbrias, pero más largos y más gruesos (unos 10 nm de diámetro) que las fimbrias adhesivas, se observan en un número de 1 a 10 por célula. Función: § Permitir los contacto inicial, para que se realice el intercambio genético (conjugación). § Actúa como órgano de reconocimiento entre la bacteria donadora, dotada del pelo sexual, y la receptora, carente de él. § Fijación de bacterias patógenas a superficies como tejidos animales. Composición: §Naturaleza proteica E. coli cepas llevandoa cabo la conjugación. Una cepa tiene fimbrias © Dr Dennis Kunkel, University of Hawaii.

PILI (PELO) Tipos de pili o pelos sexuales: Tipo F y tipo I, cada uno con un tipo de proteína distinta (genéricamente conocida como pilina sexual). Función: usados como receptores específicos por parte de algunos fagos.

ENDOSPORA Célula diferenciada extraordinariamente resistentes al calor y de difícil destrucción. Forma de reposo, durmiente (criptobiótica) Amplia resistencia a una ambientales, físicos y químicos. gama de agentes agresivos Clostridium spp.

ENDOSPORA Características: Presentes en ciertas especies bacterianas. Las bacterias formadoras de esporas normalmente se encuentran en el suelo. Se desarrollan dentro de células vegetativas. Presentes en bacterias Gram+ de los géneros: Bacillus, Clostridium, Sporosarcina y Thermoactinomyces. Estructuras de perdurabilidad son resistentes al calor, la desecación, la radiación y desinfectantes químicos Su descubrimiento permitió el desarrollo de métodos de esterilización (alimentos, medios de cultivo y productos perecederos).

ENDOSPORAS ¿Cuando se desarrollan? En condiciones adversas como la falta de nutrientes. Las bacterias se prepararan para sobrevivir ante la carencia nutricional. Llevan a cabo un proceso de diferenciación celular para la producción de la endospora.

ENDOSPORA § Son formadoras de esporas las bacterias bacilares Gram positivas, ejemplo género Bacillus y género Clostridium anaeróbicas. § Estructuras fabricadas en el interior de algunas bacterias. § Función: § § Formas de resistencia, permanecen latentes por períodos de tiempo muy largos. Resisten al calor, compuestos químicos, desecación, radiación, ácidos y desinfectantes.

PARTES DE LA ENDOSPORA Exosporio: Cubierta fina y delicada mas externa Composición proteíca. Cubierta de la espora: Varias capas Composición proteíca Impermeable Responsable de su resistencia a sustancias químicas

PARTES DE LA ENDOSPORA Corteza: Composición de peptidoglicano Pared de la espora Rodea al protoplasto Núcleo o protoplasto Presenta ribosomas Material genetico El citoplasma de la espora es deshidratado, contienen dipicolinato de calcio (ácido dipicolínico), el cual está relacionado con la resistencia de la espora al calor extremo.

PROPIEDADES DEL NÚCLEO DE LA ENDOSPORA: El núcleo de la endospora sufre una deshidratación del 10 al 30% comparado con el núcleo de una célula vegetativa normal, lo que favorece a la endospora en: Aumento a la termorresistencia. Resistencia al peróxido de hidrogeno. Inactiva las enzimas del núcleo. Producción de proteínas llamadas SASP. Protegen de daño potencial de la radiación UV, desecación y calor seco. Fuente de carbono y energía para la formación de la nueva célula vegetativa SASP: pequeñas proteínas acido solubles de la

TIPOS DE ENDOSPORAS A. Terminal B. Subterminal C. Central. TIEMPO DE VIDA DE UNA ESPORA: Indefinido, hasta que las condiciones del medio sean favorables (Clostridium aceticum --- 30 años) COLORACION DE LA ENDOSPORA: Verde malaquita, Eosina o safranina

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA Madigan Michael T. Coral Barrachina y col. (2009). Brock Biología de los microorganismos, edición 12 a ed. . Pearson. Madrid. ISBN: 9788478290970. Clasificación Biblioteca El Cerrillo: QR 41. 2. B 753 2009 Prescott, Harley, Klein. Microbiología. Mc Graw-Hill Interamericana de España. 4ª ed. 1999. Quinn P. J. y col. (2002) Veterinary microbiology & microbial diseases. Blackwell Science, Malten, Mass Stanchi O. N. y col. (2007). Microbiología Veterinaria. Inter-Médica Editorial. Buenos Aires, Argentina.