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Citología y morfología
bacteriana
Cátedra de Microbiología
Bibliografía
Brock, Madigan, Martinko, Parker. 2000
microorganismos, 8 ed, Prentice Hall
Biología de los
Prescott, Harley, Klein 1999 Microbiología, McGraw-Hill
Interamericana.
Página web de la Cátedra.
www.fq.edu.uy
Página de la Universidad de Wisconsin:
www.bact.wsic.edu
Esquema
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Microorganismos, qué son?.
Tamaño y forma
Diferentes formas de organización celular
Pared (gram +, gram-, Archaea)
Membrana.
Citoplasma y genoma.
Estructuras típicas:
– Fimbrias, pili, flagelo, endoesporas, inclusiones
citoplasmáticas, cápsula.
• Diferencias entre Bacteria, Archaea y
Eucarya.
Qué son los
microorganismos?
• Organismos que no pueden verse a simple
vista, al menos en parte de su ciclo
• Organismos que viven como células aisladas
o entidades que contienen acidos nucleicos
capaz de replicarse, por lo menos en parte
de su ciclo.
• Incluye algas, hongos, protozoarios,
bacterias y virus.
Historia Microbiología
• 1664, Robert Hooke, células vegetales.
• 1673, Anton van Leeuwenhoek, mercader de
telas, describe los microorganismos.
• 1877, Robert Koch, método de tinción,
desarrollo de medios de cultivo sólido.
Microscopios
• Ojo humano 0.2mm.
• Microscopio óptico , resolución
máxima 0.2 micras (1 micra).
• Microscopio electrónico, resolución
máxima 0.5nm
PROCARIOTAS
CLASIFICACIÓN DE LOS
SERES VIVOS
TIPOS CELULARES DOMINIOS* (Woese et
al.,1990)
TIPOS ORGANISMOS REINOS (Whittaker,
1969)
• PROCARIOTA
1. BACTERIA :BACTERIAS COMUNES
(EUBACTERIAS)1. CIANOBACTERIAS (algas
verde-azules)
2. ARCHAEAMICROBIOS EXTREMÓFILOS**
(ARQUEOBACTERIAS): hipertermófilos,
psicrófilos, halófilos, acidófilos, alcalinófilos,
termoacidófilos, metanógenos
MONERA
3. EUCARIOTA
EUCARYA
PROTOZOOS2.
PROTISTACRISOFITAS (algas
diatomeas)EUGLENOIDESPROTISTAS
ALGALES (algas verdes, pardas y
rojas)MOHOS,HONGOS3.
HONGOSBRIOFITAS Y
TRAQUEOFITAS4.
PLANTASVERTEBRADOS E
INVERTEBRADOS5. ANIMALES
MODELO DE WOESE ET AL
Basado en las secuencias en los nucleotidos en
los Ribosomas y RNAs de transferencia de la
célulala, la estructura de los lípidos de la
membrana y la sensibilidad a los antibióticos.
Los tres dominios son Archaea
(archaebacterias), Bacteria (bacterias), y
Eukarya (eucariotas).
Archaea (Archaebacteria
• Células Prokariotas. Al contrario de Bacteria y
Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas
de carbono ramificadas unidas al glicerol por
uniones de éter y tienen una pared celular que no
contiene peptidoglicano. Mientras que no son
sensibles a algunos antibióticos que afectan a las
Bacterias, son sensibles a algunos antibióticos que
afectan a los Eukarya. Los Archae tienen rRNA y
regiones del tRNA claramente diferentes de
Bacterias y Eukarya. Viven a menudo en ambientes
extremos e incluyen a los metanógenos, halófilos
extremos, y termoacidófilos.
Bacteria (Eubacteria)
• Las Bacterias son células Prokariotas. Como
los Eukarya, tienen membranas compuestas
de cadenas de carbono rectas unidas al
glicerol por uniones éster. Tienen una pared
celular conteniendo peptidoglicano, son
sensibles a los antibióticos antibacterianos
tradicionales, y tienen rRNA y regiones del
tRNA claramente diferentes de Archaea y
Eukarya. Incluyen a mycoplasmas,
cyanobacteria, bacterias Gram-positivas, y
bacterias Gram-negativas.
Eukarya (Eukaryota)
• Los Eukarya (escrito también Eucaria) son
Eukariotas. Como las Bacterias, tienen
membranas compuestas de cadenas de
carbono rectas unidas al glicerol por
uniones éster. Si tienen pared celular, no
contiene ningún peptidoglicano. No son
sensibles a los antibióticos antibacterianos
tradicionales y tienen rRNA y regiones del
tRNA claramente diferente de Bacterias y
Archaea. Incluyen a protistas, hongos,
plantas, y animales.
TAMAÑO: célula eucariota versus célula
procariota
Tamaños
Formas
FORMA DE LAS BACTERIAS
cocos
bacilos
espirilos
Area de superficie vs. volumen
Tamaño pequeño intercambio
más eficiente, permite mayor
velocidad metabólica
Estructura celular
Pared celular
• Bacteria:
– Gram positivo
– Gram negativo
– Sin pared
• Archaea:
– Diversas estructuras
– Sin pared
Funciones de la pared
• Rigidez (mantener la forma, evitar la
lisis).
• Comunicación con el medio exterior.
• Puede estar involucrada en
patogenicidad (LPS)
• Barrera para algunas moléculas.
• Espacio periplásmico (enzimas de
transporte, hidrolíticas, etc.)
Formación de Protoplastos
Baja concentración
de solutos
Alta
concentración
de solutos
Lisozima -- proteína que rompe el enlace
glicosídico 1-4 en el peptidoglicano
Gram +
Bacteria
Gram-
MUREÍNA O PÉPTIDO-GLICANO
Compuesto químico característico de bacterias.
Estructura del Peptidoglicano
Pared Celular Gram Positiva
Acidos Teicoicos
Polisacáridos ácidos de paredes de Gram positivos
Unidos covalentemente al peptidoglicano(OH del C6 de NAM)
Atraviesan la pared y alcanzan la superficie de la bacteria
Unión hidrofóbica a la membrana celular
Otros compuestos químicos
característicos de la pared de Gram+
• Ácidos teicurónicos
• Ácidos micólicos
Membrana Externa de Gram Negativos
Porinas - proteinas que permiten el pasaje de moléculas
pequeñas a través de la membrana
-- específicas e inespecíficas
Lipopolisacárido (LPS)
Solo en bacterias Gram negativas
Parte de la membrana externa
Lipopolisacárido (LPS)
• Lípido A (NAG-P + grupos acilos)
• Núcleo del polisacárido
– contiene KDO (cetodesoxioctonato) otros
carbohidratos (ramnosa, ácido galacturónico)
– usualmente específico de especies
• O-antigeno
– número de repeticiones variables
– también contiene carbohidratos
– específico de cepa
• A menudo tóxico para animales - endotoxina
• Crea superficies densamente hidrofílicas
Periplasma de E. coli
Proteínas de peiplasma de E.coli.
Proteínas de unión
para amino acidos (e.g. histadina, arginina)
para azúcares (ej. glucosa, maltosa)
para vitaminas (ej. thiamina, vitamina B12)
Para iones (ej. fosfato, sulfato)
Enzimas de biosíntesis
Ensamblado de mureína
formación de fimbrias
Enzimas de degradaciónde polímeros
fosfatasas
proteasas
Enzimas detoxificantes
Beta-lactamasas (e.g. penicillinasa)
Fosforilación de aminoglicósidos
• Algunas bacterias no poseen pared
• Mycoplasma
• Membrana celular mas gruesa pueden
tener esteroles y lipoglicanos.
• Pleiomórficos
Pared celular de Archaea
• No contiene peptidoglicano
• Puede ser de
– pseudopeptidoglicano (pseudomureina) tiñe G+
– pseudomureina cubierta de proteina,tiñe G+
– monocapa superficial de proteina o
glicoproteina, sin pseudomureina (alg halófilos,
alg.metanogénicos y termoacidófilos) tiñe G-
• Existen Archaea sin pared
Pseudopeptidoglicano de
Archaea
Funciones de la pared
• Rigidez y resistencia osmótica (mantener la
forma, evitar la lisis).
• Comunicación con el medio exterior.
• Puede estar involucrada en patogenicidad
(LPS)
• Barrera para algunas moléculas (porinas en
gram negativos).
• Espacio periplásmico (enzimas de
transporte, hidrolíticas, etc.)
Cómo se sintetiza la pared?
Síntesis de Peptidoglicano
•Bactoprenol (C55 alcohol isoprenoide) -- carrier lipídico que transporta
el disacáride pentapeptido del citoplasma al periplasma y lo inserta en
la pared celular en crecimiento
•La transpeptidación, es inhibida por penicilina
Transpeptidación
Inhibido por la penicilina G.
Síntesis de peptidoglicano: transpeptidación
Inhibido por la penicilina G.
Síntesis de la pared celular
La pared celular se abre por autolisinas y se deposita nuevo péptidoglicano
La membrana celular
Estructura:
• Bicapa fosfolipídica con proteínas
embebidas; puede contener también
hopanoides de estructura similar al
colesterol.
• En Archaea, éteres de alcohol isoprenoide,
algunas forman monocapas.
Estructura de la Membrana
Citoplasmática
Los lípidos en Bacteria y Archaea
tienen diferentes enlaces químicos
Ester - Bacteria
Eter - Archea
Funciones de Membrana
Citoplasmática
• Barrera de Permeabilidad
– sólo moléculas pequeñas, sin carga,
hidrofóbicas, pueden atravesar la membrana por
difusión.
• Ancla de Proteínas
– transporte, generación de energía, quimiotaxis
• Generación de fuerza proton motriz
 En fototrofas: Intracitoplasmáticas, soportan el
aparato fotosintético
(Vesículas, túbulos, tipo tilacoides)
• Síntesis de pared, y estructuras extracelulares.
Membrana
citoplasmática de E. coli
Estructura celular procariota - DNA
• No tiene núcleo. El DNA está en el citoplasma:
“nucleoide” : zona que ocupa el DNA.
• Es haploide. Genoma: una única molécula de DNA de doble
cadena, circular.
•
El genoma contiene 1 - 6 x 106 pares de bases (bp) en
procariotas de vida libre; 1000-5000 genes
• No contiene histonas.
• Puede contener otros elementos genéticos no
indispensables para la vida: plásmidos y genomas fágicos.
Procariotas
• No tienen membrana nuclear.
– No hay porcesamiento del ARNm
– La transcripción está ligada a la
traducción.
Tamaño del Genoma
DNA Cromosomal
Citoplasma
• Proteínas (enzimas, complejos
enzimáticos, estructurales)
• Ribosomas (70S: 55 proteínas, rRNA 5S,
16S, 23S)- polisomas
• mRNA, tRNA
• Otras macromoléculas, solutos
• Sin estructura visible al microscopio
• No tienen citoesqueleto.
Estructuras características
• Estructuras con funciones específicas.
• No todos los microorganismos las tienen.
• Son características de género y especie
(taxonomía)
• Ejemplos:
– fimbrias, flagelo, pili, endoespora, cápsula,
inclusiones citoplasmáticas
Fimbrias - Pili
• Fimbria - filamento proteico
corto, involucrado en
funciones de adhesión a
superficies.
• Pelo sexual - unión a célula
receptora durante la
conjugación.
Flagelos
Flagelo
1000 H+ / revolución
> 40 genes involucrados
Flagelos
Sólo detectados por técnicas de tinción específicas
Anaerobaculum mobile sp. nov.
Flagelo insertado lateralmente
Barra 0,5 micras
Endosporas
• Resistencia al calor, radiación, desecación.
• Producidas principalmente por los géneros Bacillus y
Clostridium
• Permite la supervivencia en ambientes desfavorables
• DNA protegido por ácido dipicolínico y proteínas
• Luego de la activación por stress, la disponibilidad de
nutrientes dispara la germinación y el crecimiento
• La localización de la espora en la célula puede ser
usada para la identificación
Estructura de la espora
Acido Dipicolinico
Característico de endosporas
Fromación de esporas
A- el ADN se duplica y enrolla alrededor del eje central
(filamento axial)
B- Uno de los cromosamas se rodea de membrana plasmática.
C- el protoplasto es rodeado por la célula madre
D- se sintetizan las cubiertas de la espora.
E- se elimina agua, se forma estructura resistente al calor.
F- se libera la espora por lisis de la célula madre.
En B. subtilis 6-7 horas, 50 genes.
Inclusiones
citoplasmáticas
• Algunas bacterias tienen estructuras internas
– gránulos de almacenamiento - polifosfato,azufre,
polihidroxibutirato (PHBs)
– vesículas de gas – flotación
– Carboxisomas, clorosomas.
Inclusiones
citoplasmáticas
Organismos donde
se encuentran
Composición
Función
Glicógeno
Varias bacterias
(E. coli)
poliglucosa
Reserva de C y
energía
Polihidroxi
Butirato
Varias bacterias
(Pseudomonas)
Polímero de
dihidroxibutirato
Reserva de C y
energía
Polifosfato
Varias bacterias
(Corinebacterium)
Polímeros de
fosfato
Reserva de
fosfato
Gránulos de S
Fotótrofas del S
Litótrofas del S
S elemental
Reserva de S
Vesículas de gas
Bacterias acuáticas
Estructura
proteica
flotación
Magnetosomas
Algunas bacteris
acuáticas
Magnetita Fe3O4
Orientación en
campo
magnético
Carboxysomas
Bacterias
autotróficas
Enzimas fijación
de CO2
Fijación de
CO2
Chlorosomas
Bacterias verdes
Lípidos, proteínas
bacterioclorofila
Captura de la
luz
Poly-ß-hydroxybutyrate (PHB)
Poly-ß-hydroxybutyrate (PHB)
Otros polisacáridos
extracelulares
• Glicocalix: Material externo a la pared celular
– Cápsulas - Material en la superficie celular
– Capas mucilaginosas - Material adherido, menos
fuertemente
– Capa S: Subunidades proteicas o glicoproteicas. G+, Gy Archaea. Pueden constituir la pared
• Funciones
–
–
–
–
Protección contra defensas del huésped (fagocitosis)
Protección contra desecación
Protección contra virus, toxinas
Adhesión a superficies (células, objetos inanimados)
formación de biofilms.
Glicocalix
Tinción negativa
Microscoía
electrónica
Tinción negativa
Diferencia entre la estructura celular de
Bacteria, Archaea y Eucarya
Propiedad
Bacteria
Eucarya
Membrana
NO
SI
nuclear
Organelos
NO
SI
Tamaño
70S
80S
ribosoma
Peptidoglicano
SI
NO
en la pared
Esteroles en
NO
SI
membrana
(hopanoides)
Lípidos de
Ester unidos Ester unido a
membrana
a glicerol
glicerol
Archaea
NO
NO
70S
NO
SI
Eter,
ramificados
METABOLISMO Y
CRECIMIENTO BACTERIANO
• Multiplicación por fisión binaria
trnasversal proceso asexual con
intercambio de inf. Genética
(conjugación)
• Curva de desarrollo bacteriano: se
duplica cada 20 min. Y continua
durante 48 horas
FASES DEL CRECIMIENTO
• Fase de retraso : trasferencia al
nuevo medio ,adaptación ( T°,
nutrientes, metales trazas,
productos de desecho. Producción
de enzimas, inicialmente no se
multiplican.
FASE LOGARITMICA
• Lamada fase exponencial:Iniciada la
multiplicación el número de bacterias
se incrementa logaritmicamente,
alcanzan forma, tamaño bastante
uniformes.
• Cada bacteria es independiente en #
y tiempo en esta fase
FASE ESTACIONARIA
• Agotados los nutrientes los
productos tóxicos del
metabolismo se acumulan, la fase
de multiplicación se equilibra.
• Se altera la suseptibilidad a los
A/B
FASE DE MUERTE
• La fase final por falta de
nutrientes esenciales y la
acumulación de residuos tóxicos
ocasinan una muerte
rápida.Algunos activan amidasas y
otras que agilisan la lisis de la
pared celular