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1.- INTRODUCCIÓN
2.- ENVUELTAS CELULARES
2.1.- CÁPSULA
2.2.- PARED CELULAR
2.3.- MEMBRANA PLASMÁTICA Y SUS DIFERENCIACIONES
3.- CITOPLASMA
4.- APÉNDICES EXTERNOS
4.1.- FLAGELOS
4.2.- FIMBRIAS Y PELOS
4.3.- ENDOSPORAS
1.- INTRODUCCIÓN:
Las células procariotas tienen la organización celular más sencilla, pero los
representantes actuales, las bacterias son organismos altamente evolucionados, que a lo
largo de millones de años, han generado una notable diversidad metabólica y una gran
capacidad a diferentes ambientes.
Las características más destacadas son.
- Poseen una membrana única, rodeada por una pared celular de composición
y naturaleza propia de estos organismos.
- Carecen de membrana nuclear y de orgánulos membranosos
- Tienen un reducido tamaño y solo forman organismos unicelulares
- La mayoría tienen formas celulares características: cocos, bacilos, espirilos,
vibrios, que se agrupan formando streptococos, estafilococos,…
2.- ENVUELTAS CELULARES
2.1.- CÁPSULA
Es la envuelta más externa que presentan algunas bacterias. Formada por un
material mucoso, podemos decir que químicamente está compuesta de polisacáridos,
polipéptidos o complejos de polisacáridos y proteínas.
La capacidad de producir cápsula es hereditaria y aunque no es un componente
esencial tiene un valor de supervivencia, pues sirve de protección frente a la desecación,
la fagocitosis, la infección de un bacteriófago y la acción de los anticuerpos, por eso en
las enfermedades bacterianas, las formas encapsuladas son más patógenas.
Esta capa mucosa regula, también, los procesos de intercambio de agua,(
situaciones de desecación) iones y sustancias nutritivas.
Permite además la adherencia sobre distintas superficies y en las patógenas
facilitan su fijación a las células del tejido hospedador.
2.2.- PARED CELULAR
La pared bacteriana es una capa rígida y porosa que envuelve a la membrana
plasmática y confiere a la célula rigidez y forma, a la vez que le permite soportar una
elevada presión osmótica.
La pared de la mayoría de las bacterias, las Eubacterias (verdaderas bacterias), es
de naturaleza mureínica, el componente principal es el péptido-glicano ( un polímero de
aminoazúcares y aminoácidos). Sin embargo, las arqueobacterias ( un grupo de
bacterias peculiar) presentan paredes de naturaleza más variable.
El pétido-glicano o mureína consta de tres unidades repetitivas:
- Un disacárido de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico.
- Un tetrapéptido formado por cuatro aminoácidos: L-Ala--D-Glu--L-Lis--DAla
- Un puente peptídico formado por cinco moléculas de glicina.
El disacárido alterna formando una cadena lineal polisacarídica. El tetrapéptido
se enlaza al N-acetilmurámico y el puente peptídico enlaza entrecruzadamente a dos
tetrapéptidos de dos cadenas de polisacáridos diferentes.
Según la distinta composición química de la pared bacteriana, las bacterias
reaccionan de manera diferente al ser tratadas con la tinción de Gram, distinguiéndose
dos grupos: las bacterias Gram positivas (Gram+) y las bacterias Gram negativas
(Gram-).
La tinción de Gram es un método de tinción diferencial que utiliza un colorante
fundamental, el cristal de violeta y un colorante de contraste, la safranina (rosa). Las
células grampositivas, se observan de color violeta, las gramnegativas, incapaces de
retener el colorante se observan de color rosa.
Las bacterias Gram positivas presentan una pared gruesa, muy rígida y amorfa,
compuesta en un 90% por el péptidoglicano, a cuya estructura reticular (como la de una
tela de saco) se unen proteinas, polisacaridos y ácidos teicoicos (los acidos teicoicos son
polimeros complejos derivados de aminoácidos, monosacáridos y alcoholes como la
glicerina). Contienen muy pocos lipidos.
Las bacterias Gram negativas, presentan una pared estratificada, más compleja.
La capa de peptidoglucano (alrededor de un 10 % de peptidoglucano) es más delgada y,
por fuera de ella, se hallan complejas moléculas de proteínas, lipoproteínas,
lipopolisacaridos y fosfolipidos, formando una segunda capa, a modo de “membrana
externa” que da una consistencia menos rígida, siendo una pared más fina. Esta bicapa
lipídica externa contiene una proteína transmembranal llamada porina que permite cierta
permeabilidad. Esta capa protege a estas bacterias de la acción de la enzima lisozima.
Resumiendo podemos decir que las funciones de la pared bacteriana son:
-
Mantiene la forma de la célula y les protege de la lisis osmótica
Posee componentes con capacidad antigénica
Regula el intercambio con el exterior.
Gram +
Gram -
2.3.- MEMBRANA PLASMÁTICA
Las membranas de la mayoría de las bacterias (eubacterias) es similar a
eucariotas. Tienen la estructura típica de membrana unitaria, compuesta un 45% lípidos
y 55% proteínas, y responde al modelo de mosaico fluido. Estas membranas carecen de
colesterol. Son estructuras asimétricas respecto a la distribución de sus componentes
químicos: lípidos, proteínas y glúcidos. Está formada por dos tipos de lípidos:
fosfolípidos y glucolípidos. Recordamos que los fosfolípidos , debido a su carácter
anfipático, se disponen formando la bicapa, con las colas apolares enfrentadas y las
cabezas polares en contacto con el medio acuoso. Las proteínas se encuentran
atravesando la bicapa de lípidos (proteínas transmembranosas) y otras dispuestas hacia
la cara citosólica o hacia el exterior de la membrana (proteínas periféricas); las proteínas
confieren a la membrana funciones específicas y, al igual que los lípidos presentan
cierta movilidad en la membrana proporcionándole cierta fluidez. La principal función
de la membrana es actuar como barrera con permeabilidad selectiva, controlando el
intercambio de sustancias.
Las membranas de las arqueobacterias (bacterias más antiguas que viven en
ambientes extremos como en agua a muy alta temperatura donde ninguna otra célula
podría sobrevivir y presentan diferencias importantes con el resto de bacterias llamadas
eubacterias, “eu” significa verdadero, de ahí viene eubacteria que son las bacterias más
comunes pues las arqueobacterias son más “raras”) contienen unidades de isopreno
unidas a la glicerina en lugar de ácidos grasos, siendo más rígidas y resistentes que las
de eubacterias, incluso algunas arqueobacterias unen las cadenas hidrófobas de uno y
otro lado de la membrana formando una monocapa que le confiere todavía más
resistencia y le permite soportar altas temperaturas.
Al microscopio electrónico se observa en la membrana una serie de
invaginaciones dispuestas como laminillas, túbulos o vesículas, que aumentan la
superficie de la misma y realizan funciones diversas ya que contienen sistemas
enzimáticos. Se supone que sirven para compensar la ausencia de orgánulos
membranosos. Parece ser que:
- En los procariotas fotosintéticos, contienen los pigmentos y enzimas de la
fotosíntesis, formando un amplio sistema interno de membranas.
- Muchas bacterias nitrificantes tiene membranas internas que intervienen en
la oxidación de los compuestos inorgánicos.
- Unas estructuras membranosas especiales, llamadas mesosomas, están
relacionadas con el ADN bacteriano y se cree que intervienen en su
duplicación ( contienen ADN polimerasa) y en la división de la bacteria. Las
enzimas relacionadas con la respiración celular (cadena respiratoria) se
localizan también en estas estructuras. (En la actualidad algunos autores
creen que los mesosomas son artefactos generados durante el proceso de
preparación de las muestras para observarlas al microscopio),
La ausencia de orgánulos membranosos explica las numerosas funciones
de la membrana plasmática: regula el intercambio de sustancias con el medio,
actúa como barrera osmótica, en ella se realiza la respiración celular y la síntesis
de ATP; es el punto de anclaje para los flagelos, interviene en la duplicación del
ADN, en la fotosíntesis y en la fijación del nitrógeno en las bacterias capaces de
realizar dichas funciones; además es importante en el crecimiento y regeneración
de la membrana plasmáticas
3.- CITOPLASMA
El citoplasma posee dos regiones bien diferenciadas: una en donde se halla el
material genético, denominado nucleoide o cromosoma bacteriano, y el citoplasma
restante, de aspecto homogéneo, formado por un citosol o hialoplasma que es una
disolución gelatinosa con gran cantidad de agua y proteínas, (protoplasma) y por un
morfoplasma constituido por estructuras citoplasmáticas: ribosomas, inclusiones,
vesículas y plásmidos.
Morfoplasma:
- Los ribosomas son orgánulos sin membrana cuya función es la síntesis de
proteínas, son ribosomas 70S de menor tamaño que los ribosomas 80S de los
eucariotas
- Inclusiones y gránulos de reserva de diferente naturaleza y función:
a. Gránulos de glucógeno: reserva de glucosa
b. Gránulos de polifosfato: reserva de fosfato inorgánico
c. Gotias lipídicas: donde se almacena energía y carbono en forma de
lípidos
d. Vesículas de gas: importantes en la flotación de los organismos acuáticos
- Además de los plásmidos pequeñas moléculas de ADN circular
extracromosómico que se replican independientemente del cromosoma bacteriano,
aunque hay algunos plásmidos que pueden integrarse en el cromosoma de la bacteria
(episomas) y por tanto, se replican junto a él. No son esenciales para la célula, pero se
aportan unas características genéticas adicionales, como la resistencia a los antibióticos
o a sustancias tóxicas. Algunos de estos plásmidos están implicados en los mecanismos
parasexuales.
Región nuclear o nucleoide:
Es la zona que contiene el material genético (ADN) de la célula. Este está
formado por:
Un único cromosoma: una molécula de ADN bicatenaria, circular y
extraordinariamente plegada. No se observan ni histonas ni unidades de tipo
nucleosoma.
4.- APÉNDICES EXTERNOS
4.1.- FLAGELOS:
Son los órganos de locomoción, cuyo número y disposición varía de unas
bacterias a otras. Son largos y finos de mayor longitud que la bacteria. Se presentan en
número y disposición variable. Según su número se clasifican : monotrica( un flagelo) y
politrica (varios flagelos). Según el modo en que estén implantados: polar ( flagelos en
posición apical), peritrica ( se disponen por toda la superficie celular).
1. Polar monotrica
2. Polar lofotrica
3. Polar anfitrica
4. Lateral umbilica
5. Peritrica
Se encuentra unidos a la célula por un extremo y libres por el otro. Al
microscopio electrónico se observa que están constituidos por un:
-
Un filamento rígido y curvado , formado por una proteína, la flagelina, con
disposición helicoidal.No está rodeado de membrana celular como el de las
eucariotas.
Un codo o gancho , que une el filamento a la superficie celular.
El corpúsculo basal: formado por varios anillos discoidales ( dos en las
bacterias Gram positivas y cuatro en las Gram negativas, en estas últimas ,
dos de los anillos se sitúan a nivel de la membrana y los otros dos a nivel de
la pared) Un eje o varilla que atraviesa los anillos por su centro.
Al menos uno de los anillos (anillo M o motor) tiene capacidad de giro y
transmite el movimiento rotatorio a todo el flagelo.
4.2.- FIMBRIAS Y PELOS
LAS FIMBRIAS
Son apéndices proteínicos, presentes en
muchas bacterias, más delgadas y cortas que un
flagelo. Corresponden a evaginaciones de la
membrana citoplasmática que asoman al exterior a
través de los poros de la pared celular.
Una bacteria puede tener del orden 1.000 fimbrias
(visibles AL M.E). Las fimbrias pueden estar
repartidas uniformemente por toda la superficie de
la célula o estar situadas en los polos.
ü Están implantadas a nivel de membrana
plasmática.
ü Número variable: desde 1 a varios cientos o miles por células.
ü Disposición: alrededor de todo el perímetro celular y a veces de inserción polar.
Un tipo especial de fimbrias son las fimbrias adhesivas (G+ y G-) responsables de:
a) Formar microcolonias y velos (los velos son películas formadas por acúmulos de
bacterias en medios estáticos en reposo)
b) De la adhesión a superficies inertes
c) De la adhesión superficies vivas. En el caso de bacterias patógenas, esta
capacidad tiene que ver con su virulencia, y la capacidad de invadir un tejido.
Las bacterias mutantes que carecen de fimbrias pierden la capacidad de adhesión y, por
lo tanto, no pueden provocar infecciones. Algunos fimbrias puede contener lecitinas, las
cuales son necesarias para adherirse a las células destino puesto que pueden reconocer
las unidades de oligosacáridos presentes en la superficie de estas células.
Funciones:
a) Utilizadas por las bacterias para adherirse a las superficies, unas a otras, o a las
células animales.
b) Necesarias para la colonización durante el proceso de infección o para iniciar la
formación de una biopelícula
Tienen importancia médica porque algunas fimbrias intervienen en la unión de bacterias
a las células a través de las adhesinas (proteínas bacterianas)
PILI (PELO)
Similares a las fimbrias, los pili son de naturaleza proteica pero más largos y existen
unos pocos sobre la superficie de las células. Aparecen sobre todo en las bacterias G(-).
Composición: ensamblaje de subunidades de pilina (proteína
globular muy hidrófoba).
Un tipo especial son los pelos sexuales, más largos y más gruesos.
Aparecen en menor número y su función es la de permitir los
contactos iniciales en la conjugación, como órgano de
reconocimiento entre la bacteria donadora, dotada del pelo sexual,
y la receptora, carente de él. Hay dos clases principales de pelos
sexuales: los de tipo F y los de tipo I, cada uno con un tipo de
proteína distinta (genéricamente conocida como pilina sexual). Son
usados como receptores específicos por parte de algunos fagos.
Funciones
a)
b)
c)
d)
e)
Funcionan como receptores específicos para algunos tipos de virus`
Participan en el proceso de conjugación
Contribuyen a la fijación de algunas bacterias patógenas a los tejidos humanos
Fijación de sustrato
Intercambio de moléculas
DIFERENCIA ENTRE FIMBRIAS Y PILI
Fimbria se suele reservar para los pelos cortos que utilizan las bacterias para
adherirse a las superficies, en tanto que pilus suele referir a los pelos ligeramente más
largos que se utilizan en la conjugación bacteriana para transferir material genético
desde la célula donadora hasta la receptora y a veces en el desplazamiento.
5.- ENDOSPORAS
Son esporas que se forman en el interior de la célula, cuando esta se encuentra
en condiciones ambientales desfavorables. Constituyen formas resistentes que presentan
el ADN de la bacteria y algo de citoplasma rodeados por una pared muy gruesa. Su
metabolismo queda reducido al mínimo y son capaces de soportar condiciones extremas
de sequedad, altas temperaturas de hasta 80ºC y la acción de agentes químicos y de
radiacciones.
TABLA 4-1. Comparación de algunas características de bacterias grampositivas y gram-negativas.
Carácteristicas
Gram-positivas
Gran-negativas
Tinción de Gram
Retienen el cristal violeta
y se tiñen de morado
Se decoloran y toman el
colorante de contraste
(safranina), tiñéndose de
rosa.
Capa de péptido
glucano
Gruesa (varias capas)
Delgada (una capa).
Contenido en
lipopolisacáridos
(LPS)
Virtualmente ninguna
Alta
Contenido en lípidos y
lipoproteína
Bajo (las bacterias ácidoalcohol resistentes tienen
lípidos unidos al péptido
glucano)
Alto (debido a la
presencia de membrana
externa).
Acidos teicoicos
Presentes en muchas de
ellas
Ausentes.
Espacio periplásmico
Ausente
Presente.
Membrana externa
Ausente
Presente.
Estructura de los
flagelos
2 anillos en el cuerpo
basal
4 anillos en el cuerpo
basal.
Producción de toxinas
Principalmente
exotoxinas
Principalmente
endotoxinas.
Resistencia a la rotura
física
Alta
Baja.
Sensibilidad de la
pared celular a la
lisozima
Altá
Baja (requiere un
tratamiento previo para
desestabilizar la
membrana externa).
Marcada
Mucho menos marcada.
Sensibilidad a penicilina y sulfamidas
Sensibilidad a
estreptomicina,
Mucho menos marcada
Marcada.
cloranfenicol y
tetraciclinas
Inhibición por
colorantes básicos
Marcada
Mucho menos marcada.
Sensibilidad a
detergentes aniónicos
Marcada
Mucho menos marcada.
Resistencia a la azida
sódica
Marcada
Mucho menos marcada
Resistencia a la
desecación
Alta
Baja.