Download la celula procariotica

CARRERAS: Tecnicatura en Laboratorios Biologicos
TEMA: Estructura bacteriana
Según la estructura celular, las células microbianas se clasifican en procariotas y
eucariotas.
LA CELULA PROCARIOTICA
Las bacterias son los organismos más pequeños que contienen toda la maquinaria
requerida para la fisión binaria a expensas de nutrientes inanimados, excepto, Ricketssias
y Chlamydias que tienen propiedades de bacterias pero necesitan células vivas para su
replicación
La célula procariótica (bacteriana) típica tiene las estructuras siguientes (estructuras
constantes):
*1.- La membrana celular, es la barrera típica, que separa el interior de la célula del
exterior.
*2.- La pared celular es una estructura rígida, que recubre la membrana celular
proporciona soporte y protección.
*3.- Los ribosomas son pequeñas partículas compuestas de proteína y ácidos
nucleicos (RNA), apenas visibles con el microscopio electrónico. Una sola célula puede
tener hasta 10.000 ribosomas. Los ribosomas son parte del aparato de traducción y la
síntesis de proteínas celulares se realiza sobre estas estructuras.
*4.- La región nuclear de la célula procariótica es primitiva en comparación con la célula
eucariótica. Las células procarióticas no tienen un verdadero núcleo, las funciones del
núcleo las realiza una sóla cadena de ácido desoxiribonucleico (DNA). El ácido nucleico
existe en un estado más o menos libre dentro de la célula. Al sitio donde se encuentra el
DNA se la denomina región nuclear, también se lo suele denominar como nucleoide.
Pueden encontrarse ocasionalmente otras estructuras como: esporas, inclusiones,
fimbrias, pelos, flagelos, capsulas, etc)
FORMA DE LOS PROCARIOTES
Las bacterias pueden presentar diversas formas, pero existen 3 formas básicas:
Esférica u oval: coco; una bacteria con forma de bastoncillo ó cilíndrica se llama bacilo.
Algunos bacilos son curvos y forman con frecuencia una espiral y se los denomina
espirilos.
Hay bacterias que presentan apéndices en forma de largos tubos o tallos y son las
bacterias apendiculadas y las bacterias filamentosas que producen largas y delgadas
células o cadenas de células
Luego de la división celular, muchas células bacterianas no se separan totalmente,
originando distintos agrupamientos Según el plano de división se pueden distinguir los
cocos en pares (diplococos), en cadenas, en tétradas o racimos. Ejemplo: Streptococcus,
con división en un solo plano, forma largas cadenas de cocos; Staphylococcus, con
división en más de un plano, forma racimos irregulares similares a uvas.
Debido al escaso contraste las células bacterianas no se ven directamente al microscopio
óptico. Se pueden utilizar colorantes para teñir las células y aumentar su contraste, de
modo que se puedan ver con facilidad en el microscopio de campo claro.
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Los colorantes son compuestos orgánicos y cada colorante tiene una afinidad para
materiales celulares específicos. Muchos colorantes de uso común tienen carga positiva
(son catiónicos) y se combinan fuertemente con los constituyentes celulares de carga
negativa como los ácidos nucleicos y los polisacáridos acídicos.
Ejemplos de colorantes catiónicos son el azul de metileno, el cristal violeta y la
safranina. Como por lo general las superficies celulares están cargadas negativamente
estos colorantes se combinan con las estructuras de la superficie celular.
Las tinciones diferenciales se denominan así porque son procedimientos mediante los
cuales no se tiñen del mismo modo todas las clases de células. Un procedimiento de
tinción diferencial muy utilizado en bacteriología es la tinción de Gram.
Según la reacción al Gram, las bacterias se pueden dividir en Gram positivas y Gram
negativas. Después de la tinción de Gram, las bacterias Gram positivas aparecen de color
azúl ó violeta y las Gram negativas aparecen coloreadas de rojo. Estas diferentes maneras
de reaccionar a la tinción de Gram se deben a las diferencias en la estructura de la
pared celular de las células Gram positivas y Gram negativas.
TAMAÑO DE LAS BACTERIAS: La mayoría de las bacterias tienen una longitud media de
1 a 5 µm, aunque la longitud de la célula bacteriana puede variar según el estadio del
crecimiento y el medio en el que se está desarrollando. Existen células muy pequeñas (0.2
x 1.2 µm) y células más grades (5 x 25 µm).
El pequeño tamaño de los procariotes determina varias de sus propiedades biológicas.
ESTRUCTURAS CONSTANTES:
1.- MEMBRANA CELULAR:
La membrana celular, llamada membrana plasmática, es una estructura delgada que
rodea por completo a la célula. De solamente 8 nm de espesor, esta estructura vital es la
barrera crítica que separa el interior de la célula (el citoplasma), de su medio ambiente. Si
la membrana se rompe, se destruye la integridad de la célula, el contenido interno sale y la
célula muere.
La membrana celular además es una barrera sumamente selectiva, que permite a la célula
concentrar metabolitos específicos y excretar materiales de desecho.
Composición química de las membranas
La estructura general de la membrana plasmática es una bicapa proteolipídica compuesta
por un 50-75% de proteínas y un 20 a 35% de lípidos y pequeñas cantidades de hidratos
de carbono. Los lípidos cuantitativamente más importantes son los fosfolípidos
(fosfatidiletanolamina y fosfatidilglicerol). Los fosfolípidos poseen en su molécula partes
altamente hidrofóbicas, los acidos grasos, y partes hidrofílicas (glicerol), y pueden existir
en muchas formas químicas diferentes como resultado de la variación en la naturaleza de
los ácidos grasos o de los grupos portadores de fosfato unidos al esqueleto de glicerol.
Al mezclar fosfolípidos en una solución acuosa, tienden a formar espontáneamente una
estructura de doble capa en donde los ácidos grasos se orientan hacia adentro formando
un medio hidrofóbico, en tanto que las porciones hidrofílicas permanecen expuestas al
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medio acuoso externo. La bicapa representa la organización más estable de las moléculas
de lípidos en medio acuoso.
Mediante microscopía electrónica de alta resolución, la membrana plasmática aparece
como dos delgadas líneas separadas por un área más oscura (región hidrofóbica)
Todas las proteínas que integran las membranas, es decir todas las proteínas incluídas en
la matríz lipoproteíca, son proteínas transmembranales y atraviesan totalmente la doble
capa de lípidos, teniendo partes expuestas tanto al citoplasma como al ambiente externo.
Estas proteínas suelen tener superficies externas muy hidrofóbicas, que se asocian
íntimamente con las cadenas de ácidos grasos altamente no polares.
La estructura de la membrana plasmática se estabiliza mediante puentes de hidrógeno e
interacciones hidrofóbicas. Además los cationes Mg2 y Ca2 también se combinan por
enlaces iónicos con las cargas negativas de los fosfolípidos y ayudan a estabilizar la
estructura de la membrana.
Membranas celulares eucarióticas
Una de las diferencias principales en cuanto a la composición química entre las células
eucarióticas y las procarióticas es que las eucarióticas tienen esteroles en sus
membranas. Los esteroles están ausentes en las membranas de prácticamente todos los
procariotes. Dependiendo del tipo de célula, los esteroles pueden constituir del 5 al 25% de
los lípidos totales de las membranas de las células eucarióticas.
Los esteroles son moléculas planares, rígidas, en tanto que los ácidos grasos son flexibles.
La asociación de los esteroles con las membranas celulares sirve para estabilizar su
estructura y hacerlas menos flexibles. Como la célula eucariótica, (al carecer de pared y
ser de mayor tamaño) debe resistir tensiones físicas mayores sobre la membrana necesita
una membrana con una estructura más rígida a fin de conservar la estabilidad de la célula
y sus funciones.
Un grupo de antibióticos, los poliénicos (filipina, nistatina, y candicidina) reaccionan con
los esteroles y desestabilizan la membrana. Es interesante notar que estos antibióticos
generalmente son activos contra los eucariotes, pero son inactivos contra los procariotes,
probablemente debido a que estos últimos carecen de esteroles en sus membranas.
Funciones de la Membrana Celular
La membrana lleva a cabo funciones celulares muy importantes.
a) Por una parte funciona como una barrera de permeabilidad evitando la pérdida
pasiva de componentes del citoplasma y la entrada indiscriminada de
constituyentes.
b) Además, es el lugar donde se asientan proteínas, muchas de las cuales están
implicadas en el transporte de sustancias hacia el interior o exterior de la célula
c) Es el sitio donde se produce la energía de la célula. La membrana puede estar en
una forma energéticamente cargada en la que existe separación de H+ y HO-. Este
estado energético de la membrana que se conoce como fuerza motriz protónica
(FMP), es el responsable del mantenimiento de muchas funciones celulares que
requieren energía, tales como algunas formas de transporte, la movilidad y
biosíntesis de ATP.
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La membrana citoplasmática como barrera de permeabilidad
La membrana celular posee permeabilidad selectiva, y la mayoría de las moléculas no la
atraviesan pasivamente sino que deben ser transportadas a través de la membrana. Las
características hidrofóbicas de la membrana le permiten funcionar como una barrera
estricta.
Aunque algunas sustancias pequeñas, no polares y solubles en grasas, como ácidos
grasos, alcoholes y benceno pueden pasar la membranas por difusión disolviéndose en la
fase lipídica, las moléculas cargadas como los ácidos orgánicos, los aminoácidos y las
sales inorgánicas, que son hidrofílicas, no pasan fácilmente la barrera de la membrana,
sino que deben ser transportadas en forma específica. Incluso una sustancia tan pequeña
como el ión hidrógeno (H ) no es capaz de pasar la barrera de la membrana plasmática
por difusión, por que siempre está hidratado, presentándose en solución como ión hidronio
cargado (H3O). Una molécula que atraviesa la membrana es el agua que es lo
suficientemente pequeña y sin carga.
Los compuestos denominados ionóforos destruyen las propiedades de permeabilidad
selectiva de las membranas. Los ionóforos son pequeñas moléculas hidrofóbicas que se
disuelven en las dobles capas lipídicas y permiten la difusión pasiva de sustancias
ionizadas hacia dentro o hacia afuera de la célula. Ciertos antibióticos son ionóforos
eficaces por ejemplo la Valinomicina actúa como un canal para el potasio y hace que el
potasio se iguale a ambos lados de la membrana y como la formación de gradientes de
concentración es indispensable para las funciones celulares, los ionóforos son obviamente
agentes letales para las células. Otro ionóforo es la Tirocidina, la cual forma un canal
transversal para varios cationes monovalentes.
Mecanismos de transporte mediado: acción de las proteínas de transporte
Si la difusión fuera el único medio de transporte disponible, las células no podrían ser
capaces de adquirir concentraciones adecuadas de solutos para que tengan lugar las
reacciones bioquímicas. Los mecanismos de transporte mediado solucionan este
problema haciendo posible que la célula acumule solutos en contra del gradiente de
concentración.
Varias moléculas polares como azúcares, aminoácidos, iones, pasan a través de la
membrana mediante la acción de proteínas de transporte y pueden concentrarse hasta
1000 veces más que en el medio externo.
Una característica del transporte mediado por un transportador es la naturaleza altamente
específica del proceso.
Sistema de transporte de membrana
En los procariotas, existen al menos 3 clases de sistemas de transporte:
a) Aquellos que implican solamente una proteína transmembranal (Transporte simple).
b) Aquellos que comprenden una proteína transmembranal más un componente
periplásmico de unión.(Sistema de transporte ABC).
c) Aquellos que implican una serie de proteínas que cooperan en el proceso de
transporte, como el sistema de la fosfotransferasa (Translocación de grupo).
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Todos estos sistemas requieren energía, sea en forma de FMP, de ATP o de algún otro
compuesto de alta energía. El transporte se lleva a cabo por un cambio de conformación
de la proteína tras la unión del sustrato específico, haciendo que el compuesto pase a
través de la membrana.
Se han identificado dos clases de proteínas de transporte: las uniportadoras y las
proteínas de cotransporte. Las uniportadoras son proteínas que transportan una
sustancia de un lado de la membrana al otro.
Las de cotransporte: mueven la sustancia de interés a través de la membrana junto con
una segunda sustancia que se requiere para transportar a la primera. Y dentro de ellas
tenemos dos tipos: las simportadoras: son proteínas de membrana que acarrean ambas
sustancias en la misma dirección y las antiportadoras: estas proteínas transportan una
sustancia en una dirección y la segunda sustancia en la dirección opuesta.
Ejemplo de transporte simple: La permeasa Lac:
E coli incorpora lactosa para su crecimiento, mediante un simportador llamado permeasa
Lac que toma una molécula de lactosa junto con un protón. Por cada lactosa que ingresa
mediante permeasa Lac, la energía de la FMP disminuye debido al flujo de H+ al interior
celular.
El resultado final de la acción de un transportador simple como la permeasa Lac es la
acumulación de soluto (lactosa) hasta concentración lo suficientemente alta como para que
su metabolismo proporcione a su vez energía a la célula.
Traslocación de grupo
Estos son procesos de transporte en los cuales la sustancia se altera químicamente
en el curso de su paso a través de la membrana. Ejemplo: transporte de azúcares glucosa,
manosa, fructosa, N-acetilglucosamina y B-glucósidos que son fosforilados durante el
proceso de transporte por el sistema de fosfotransferasa. Otras sustancias que se cree
son transportadas por translocación de grupos son las purinas, las pirimidinas y los ácidos
grasos.
Transporte dependiente de proteínas periplásmicas de unión: sistema ABC
Los sistemas de trasporte que utilizan proteínas periplásmicas de unión también
poseen componentes proteicos transmembranales que son los que realmente llevan a
cabo el proceso de transporte; y un tercer componente que suministra la energía necesaria
para el proceso mediante hidrólisis de ATP. Estos tipos de transporte se denominan
sistemas de transporte ABC
2.- PARED CELULAR
Debido a la elevada concentración de solutos disueltos dentro de la célula bacteriana se
desarrolla una considerable turgencia por presión. Para resistir estas presiones, las
bacterias poseen paredes celulares, que también funcionan para dar forma y rigidez a la
célula.
Las paredes celulares de los procariotas son difíciles de observar con el microscopio
óptico, pero se pueden ver bien en cortes finos de células con el microscopio electrónico.
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Las bacterias se pueden dividir en dos grupos importantes llamadas Gram positivas y
Gram negativas. Las células Gram positivas y Gram negativas difieren marcadamente en
la apariencia de sus paredes celulares. La pared celular Gram negativa es una estructura
de capas múltiples bastante compleja, en tanto que la pared celular Gram positiva consta
principalmente de un sólo tipo de molécula y suele ser mucho más gruesa
Péptido glucano (capa rígida)
En las paredes celulares de las eubacterias hay una capa que es la responsable principal
de la resistencia de la pared y se denomina péptido glucano o capa rígida.
La capa rígida tanto de las bacterias Gram negativas como positivas es muy semejante en
su composición química. Esta lámina está compuesta de dos derivados de carbohidratos,
la N-acetil glucosamina y el ácido N-acetilneuramínico o murámico como así también de un
pequeño número de aminoácidos en total cuatro que constan fundamentalmente de Lalanina, D-ácido glutámico, lisina (en G ) o ácido diaminopimélico (en G) y D-alanina.
Estos constituyentes están conectados entre sí para formar una estructura repetitiva
denominada tetrapéptido glucano.
La estructura básica es en realidad una lámina en la cual las cadenas de glucanos
formadas por
carbohidratos están conectadas por enlaces peptídicos cruzados
formados por los aminoácidos. Los enlaces glucosídicos que conectan los carbohidratos en
las cadenas de glucanos son muy fuertes, pero la resistencia total de la estructura de los
peptido glucanos se obtiene cuando las cadenas se unen por medio de los enlaces
peptídicos cruzados.
Diferencias del enlace peptídico cruzado
Estos entrecruzamientos se presentan de manera característica y diferente en las distintas
bacterias, a su vez la pared tendrá mayor rigidez cuanto más completo sea este
entrecruzamiento.
En las bacterias G, los entrecruzamientos usualmente se presentan por enlaces
peptídicos directos del grupo amino del ácido diaminopimélico con el grupo carboxilo de la
D-alanina terminal de otra cadena.
En las bacterias Gram positivas el enlace cruzado es más complejo y los tipos y cantidad
de aminoácidos entrecruzados varían de un organismo a otro. En el Staphylococcus
aureus, el microorganismo mejor estudiado, se encuentran cinco moléculas del
aminoácido glicina llamado puente de pentaglicina, conectado por enlaces peptídicos.
Características del peptidoglucano
1 .El carbohidrato N-acetil murámico nunca se encuentra en eucariotas, como tampoco el
ácido diamino pimélico.
2. Otra característica poco común de la pared celular procariótica es la presencia de dos
aminoácidos que tienen la configuración D, la D-alanina y el ácido D-glutámico.
Naturalmente los aminoácidos proteínicos se encuentran siempre en la configuración L.
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3. Los carbohidratos N-acetil glucosamina y el ácido N-acetil murámico siempre están
presentes en los procarióticos y están conectados por enlaces -1,4.
4. El tetrapéptido de la unidad repetitiva muestra únicamente variación en un aminoácido,
la alteración lisina-ácido diaminopimélico (para grampositivas y gramnegativas
respectivamente).
5. Se conocen casi 100 tipos diferentes de peptidoglucanos y la máxima variación se da en
los puentes de conexión.
6. En las bacterias Gram positivas casi el 90% de la pared está constituída por
peptidoglucanos, aunque otro tipo de constituyentes, como el ácido teicoico está
generalmente presente en pequeñas cantidades.
En las bacterias Gram negativas únicamente el 5 al 20% de la pared es de
peptidoglucanos, el resto se encuentra en una capa exterior de la pared, fuera de la capa
de peptidoglucano, denominada Lipopolisacárido.
Lipopolisacárido, capa exterior o membrana externa de la Pared G (-)
Esta capa es una segunda doble capa lipídica, pero no solamente contiene fosfolípidos y
proteínas como la membrana plasmática, sino que además contiene polisacáridos.
El lípido y el polisacárido están unidos intimamente en ésta capa exterior para formar
estructuras específicas de lipopolisacáridos (LPS) y, debido a su presencia, la capa
externa de la pared recibe el nombre de capa de lipopolisacáridos o capa LPS
El polisacárido consta de dos porciones el núcleo de polisacárido y el polisacárido-O.
En Salmonella, en la cual ha sido mejor estudiado, el núcleo de polisacárido consta de
cetodesoxioctonato, carbohidratos de siete carbonos (heptosas), glucosa, galactosa y Nacetil glucosamina. A este núcleo se le conecta el polisacárido O, el cual contiene una
unidad repetitiva de galactosa, glucosa, ramnosa y manosa (todos carbohidratos de 6
átomos de carbono), finalmente se ubica uno o más carbohidratos raros didesoxihexosas
tales como abecuosa, colitosa, paratosa y tivelosa. Cuando la secuencia de los azúcares
se repite, se forma el largo polisacárido O, que es responsable de la especificidad de
especie.
El polisacárido núcleo hacia el interior se une al Lipido A.
Los ácidos grasos que se encuentran en el lípido A son los ácidos caproico, láurico,
mirístico, palmítico y esteárico.
En la capa exterior, los LPS se asocian con los fosfolípidos y forman la mitad externa de
ésta capa. A su vez en el lado interno de la capa exterior de algunas bacterias Gram
negativas se encuentra una lipoproteína compleja, la misma sirve como de ancla entre la
membrana externa y el peptidoglucano.
Una propiedad biológicamente importante de la capa externa de muchas bacterias Gram
negativas es que suele ser tóxica para los animales. Las bacterias Gram negativas
patógenas para el hombre y los animales incluyen miembros de los géneros Salmonella,
Shigella y Escherichia.
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Las propiedades tóxicas se asocian con parte de la capa de polisacáridos (LPS) de estos
organismos y particularmente con el Lípido A. Con frecuencia el término endotoxina se
utiliza para referirse a éste componente tóxico del LPS.
Permeabilidad de la capa exterior
A diferencia de la membrana celular, la membrana externa ó capa exterior de las bacterias
Gram negativas es realmente permeable a moléculas pequeñas, aún cuando básicamente
es un doble capa lipídica. Las moléculas se pueden mover rápidamente a través de esta
capa por la existencia en la misma de porinas que sirven como canales en la membrana
externa por donde entran y salen sustancias de bajo peso molecular. La mayor parte de las
porinas parecen ser inespecíficas. Las porinas mayores permiten la entrada de sustancias
de un peso molecular hasta 5000. Las porinas son proteínas transmembránicas y se
asocian para formar agujeros de 1 nm de diámetro en las membranas. Aparentemente
existe un mecanismo que abre y cierra los poros, ya que la resistencia a ciertos antibióticos
está relacionada con la estructura de las porinas. Aparentemente estas porinas se pueden
cerrar para evitar la captación de antibióticos.
Espacio periplásmico
Si bien la capa exterior es permeable a moléculas pequeñas, no es permeable a las
enzimas y otras moléculas grandes. De hecho, una de las principales funciones de la capa
exterior puede ser su capacidad para retener ciertas enzimas que existen fuera del
citoplasma de manera que no salgan por difusión. Estas enzimas se encuentran en un
región llamada espacio periplásmico.
En este espacio se encuentran generalmente tres tipos de proteínas: enzimas
hidrolíticas, cuya función es la degradación inicial de las moléculas alimenticias,
proteínas de enlace, que inician el proceso de transporte de sustratos y
quimioreceptores que son proteínas que participan en la respuesta quimiotáctica.
Acidos teicoicos
Aunque las bacterias Gram positivas no tienen una capa exterior de lipopolisacáridos
presentan los ácidos teicoicos, los cuales son residuos de glicerofosfato o de fosfato de
ribitol. Tienen carga negativa y son los responsables de la carga negativa de la superficie
celular. Son los responsables de las propiedades antigénicas de las bacterias Gram
positivas.
Relación de la estructura de la pared con la tinción de Gram
En la coloración de Gram se forma un complejo cristal violeta-yodo, insoluble dentro de la
célula, y este complejo es extraído por alcohol de las bacterias Gram negativas pero no de
las bacterias Gram positivas. Las células Gram positivas tienen paredes celulares muy
gruesas que se deshidratan con el alcohol, produciendo el cierre de los poros de la
pared, evitando así que el complejo insoluble cristal violeta-yodo salga de las células.
En las Gram negativas el solvente penetra la capa lipopolisacárida y las decolora.
Sin embargo la reacción de Gram no está relacionada directamente con la química de la
pared celular bacteriana sino con la estructura física puesto que las levaduras que tienen
una gruesa pared celular pero de una composición química totalmente diferente son
también Gram positivos.
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Osmosis, lisis y formación de protoplastos
La pared además de conferir forma, permite mantener la integridad de la célula.
La mayoría de los ambientes microbianos tienen concentraciones de solutos mucho mas
bajos que los de la célula, por lo tanto existe la tendencia de que el H 2O pase de los sitios
de baja concentración a los de alta concentración mediante el proceso denominado
ósmosis.
Si no existiera la pared celular la entrada de agua podría hacer explotar a la célula.
Esto se puede ilustrar si se trata una suspensión bacteriana con lisozima, enzima presente
en las lágrimas, la saliva, otros líquidos corporales y en la clara de huevo. La lisosima
hidroliza el péptido-glucano en la unión (1-4), debilita la pared y entra agua, la célula se
dilata y revienta produciéndose la lisis celular.
Si se agrega al medio una concentración adecuada de soluto que no penetra a la célula,
por ejemplo sacarosa al 20%, se logra que se equilibren las concentraciones de solutos a
ambos lados de la membrana y la célula no presenta lisis, obteniéndose un protoplasto
intacto. Si se colocan en agua los protoplastos estabilizados con sacarosa la lisis se
observa inmediatamente.
Los protoplastos estabilizados osmóticamente siempre son esféricos en el medio líquido
aún cuando se hayan obtenido desde bacilos, indicando que es justamente la pared la que
determina la forma celular.
Existen microorganismos carentes de pared celular y agentes de enfermedades
infecciosas, ellos son los micoplasmas, los cuales son protoplastos de vida libre capaces
de sobrevivir sin pared ya sea por tener una membrana excepcionalmente fuerte o por vivir
en ambientes osmóticamente protegidos, en el cuerpo animal.
En células que no están en proliferación activa puede presentarse lisis espontánea como
resultado de la hidrólisis de la pared por las enzimas celulares sin la concomitante síntesis
de nueva pared celular y este proceso se conoce como autólisis.
3.- RIBOSOMAS
El citoplasma de la célula bacteriana muestra al microscopio electrónico un aspecto
granular muy fino debido a la presencia de los ribosomas. Los mismos son cuerpos que
tienen RNA y están compuestos por un 60% de RNA y un 40% de proteínas. Los
ribosomas de los organismos procariotas son algo más pequeños y livianos de peso que
los de los eucariotas. Los ribosomas se separan por centrifugación diferencial y tienen
constantes de sedimentación características. Los procarióticos tienen una constante de
sedimentación de 70 S, mientras que los eucarióticos tienen una constante de 80 S.
Cada partícula ribosómica está constituída por dos partes de tamaño desigual, que son
separables por medios físicos y que se pueden volver a juntar. La subunidad más pequeña
tiene una constante de sedimentación de 30 S y se compone de una molécula de RNA 16
S a las que se unen 20 proteínas ribosómicas. La subunidad mayor de 50S se compone de
un RNA 23 S y 50 proteínas específicas. Toda la partícula ribosómica (30 S + 50S) es 70
S.
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Las partículas 30 S y 50 S probablemente existen libres en la célula y se unen
conjuntamente al RNA mensajero y al RNA transfer para formar el complejo funcional 70S.
Una sola molécula de RNA mensajero puede tener adherida gran número de partículas
ribosómicas. La función específica de los ribosomas es su participación en la síntesis de
proteínas, para ello se hallan agrupados en cadenas denominadas polisomas.
4.- ESTRUCTURA DEL DNA EN LOS PROCARIOTES
El DNA es una molécula bicatenaria formada por cadenas antiparalelas de polinucleótidos
complementarios. El DNA bacteriano no está rodeado por una membrana típica como en el
núcleo eucariota, aunque tiende aglomerarse como una estructura definida dentro de la
célula y es visible con el microscopio electrónico. La mayor parte del DNA de una célula
bacteriana forma una sola molécula. Se llama nucleoide a esta masa de DNA en la célula
bacteriana.
Sólamente se encuentran en el DNA cuatro bases diferentes: Adenina (A), Guanina (G),
Citosina (C), y Timina (T).
El esqueleto de la cadena de DNA consiste en unidades alternas de fosfato y del azúcar
desoxirribosa, conectada cada unidad de azúcar a una base de ácido nucleico. Esta
secuencia se repite. El fosfato que conecta a dos azúcares va del carbono 3´de un azúcar
al carbono 5´del azúcar adyacente. En un extremo de la molécula de DNA el azúcar tiene
un fosfato en el oxhidrilo 5´, en tanto que en el otro extremo el azúcar tiene un oxidrilo libre
en la posición 3´.
Por los grupos PO43- el DNA tiene una elevada carga negativa la cual está neutralizada por
iones Mg2+ y bases orgánicas como espermina, espermidina y putrescina, en cel.
eucariotas está neutralizada por proteínas básicas como histonas y protaminas y esto
constituye una importante diferencia entre procariótas y eucariótas.
Tamaño y peso molecular del DNA
El tamaño de una molécula de DNA se puede expresar en términos de su peso molecular,
sin embargo al tener que manejar números muy elevados, la forma más conveniente de
expresar el tamaño de las moléculas del DNA es en términos del número de millares de
bases de nucleótidos por molécula. Así, una molecula de DNA con 1000 bases contendrá 1
kilobase (1 Kb) de DNA. Si el DNA fuera una doble hélice, entonces podemos hablar de
pares de kilobases. La bacteria Escherichia coli tiene alrededor de 4600 pares de kilobases
de DNA.
En el cromosoma el DNA no existe como un solo polinucleótido, sino como dos cadenas de
polinucleótidos que no son idénticas, sino complementarias. La complementariedad de
las moléculas del DNA proviene del apareamiento específico de las bases púricas (adenina
y guanina) con las bases pirimídicas (citocina y timina). Adenina se aparea con timina por
dos uniones tipo puente de H y guanina con citocina por tres uniones tipo puente de H.
Esta molécula de doble cadena se dispone en forma helicoidal constituyendo la doble
hélice.
DNA superenrollado
Si se lisa suavemente un protoplasto microbiano, el DNA sale de la célula como una sola
fibra larga, probablemente una molécula única que estirada en el caso de Escherichia coli
es 1000 veces más larga que la célula de E. coli que lo contiene, lo cual sugiere que en el
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interior de la célula el DNA debe estar extraordinariamente plegado. El problema de
empaquetar el ácido nucleico dentro de los virus es aún mayor. Para ello se produce el
superenrrollamiento del DNA.
El superenrrollamiento imprime torsión a la molécula de DNA. Esta torción solamente se
mantiene si se mantiene la estructura circular. Si se corta una cadena el DNA genera el
duplex circular abierto. Si se cortan las dos cadenas se genera el duplex lineal.
El superenrrollamiento es inducido por una enzima especial denominada topoisomerasa
Hay dos topoisomerasas, la topoisomerasa II (también llamada girasa) es la que induce el
superenrollamiento. En cambio la topoisomerasa I elimina el superenrrollamiento dando
origen al DNA relajado.
Por medio de la acción de estas topoisomerasas la molécula de DNA puede de modo
alternativo enrollarse o relajarse. Siendo el enrrollamiento necesario para que el DNA entre
en los límites de la célula y el relajamiento necesario para que el DNA se pueda replicar.
Ciertos antibióticos como el ácido nalidíxico y la novobiocina inhiben la acción de la DNA
girasa.
Interacción de ácidos nucleicos con proteínas
La interacción de los ácidos nucleicos con las proteínas tiene una gran importancia. Las
interacciones proteína-ácido nucleico son básicos para la replicación, la transcripción, así
como la regulación de estos procesos. Se destacan dos clases generales de interacciones,
las no específicas y las específicas, dependiendo de si la proteína se une en cualquier
parte del ácido nucleico, o si la interacción es específica para una secuencia dada. Ejemplo
de interacción no específica es el caso de las histonas en el DNA eucariótico.
Las interacciones específicas tienen lugar por asociación de las cadenas laterales de los
aminoácidos de las proteínas con las bases, las moléculas de fosfato y de azúcar del
DNA.
Estructuras bacterianas ocasionales
1.- FLAGELOS
Muchas bacterias son móviles y esta capacidad para desplazarse independientemente es
debida frecuentemente a la presencia de flagelos, permitiendo a las mismas alcanzar
diferentes regiones de su microambiente. En su lucha por la supervivencia la capacidad
para moverse puede significar la diferencia entre la vida y la muerte de la célula. Los
flagelos bacterianos son apéndices largos y delgados, libres por uno de sus extremos y
unidos a la célula por el otro. Son tan delgados (cerca de 20 nm) que los mismos no
pueden visualizarse directamente al microscopio óptimo, sino mediante el uso de tinciones
especificas. Una tinción muy usada, emplea la fucsina básica como colorante usando
ácido tánico como mordiente, el cual favorece la unión de las moléculas del colorante al
flagelo formándose un precipitado que los hace visible al microscopio. También pueden
observarse con el microscopio electrónico fácilmente.
Disposición de los flagelos
En diferentes bacterias los flagelos se disponen de manera diferente. En la flagelación
polar, se ubican en uno o ambos extremos de la célula, si sale de un extremo de la célula
un peñacho de flagelos se denomina lofotrico. En la flagelación peritrica los flagelos se
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disponen alrededor de toda la superficie celular. El tipo de flagelación sirve para la
clasificación de las bacterias.
Estructura Flagelar
Los flagelos no tienen una forma recta sino helicoidal. Muestran una distancia constante
entre dos curvas adyacentes denominada longitud de onda. Los flagelos bacterianos están
compuestos de subunidades de una proteína llamada flagelina. La forma y la longitud de
onda del flagelo están determinadas en parte por la estructura de la flagelina y por la
dirección de rotación del flagelo.
En la región donde se inserta el flagelo, presenta una zona mas ancha denominada
gancho, que une el flagelo a la parte motora. A continuación del gancho sigue el cuerpo
basal que funciona como motor. El cuerpo basal, está anclado en la membrana y pared
bacteriana y está constituido por un eje central que atraviesa un sistema de anillos.
En bacterias Gram negativas un anillo externo está anclado en el LPS y el otro en el
peptidoglucano de la pared celular, y el par interno de anillos está localizado dentro o
justamente por encima de la membrana plasmática.
En bacterias Gram positivas que carecen de LPS, solo está presente el par interno de
anillos. Tanto el gancho como el cuerpo basal están compuestos por proteínas diferentes a
la del mismo flagelo.
.
Movimiento flagelar
Cada flagelo individual es realmente una estructura rígida que no se flexiona, sino que se
mueve por rotación, como una turbina. Es muy posible que el movimiento de rotación del
flagelo sea provocado por el cuerpo basal, que actúa como motor. La energía que se
requiere para la rotación del flagelo proviene de la fuerza motriz protónica. El flujo de H+ a
través de la membrana se realiza por el complejo Mot y estimula la rotación del flagelo.
Las velocidad del movimiento bacteriano es generalmente superior a 10 longitudes por
segundo, siendo tan rápido como los organismos superiores, ejemplo la cheetah se mueva
a una velocidad de 25 longitudes por segundo y el Vibrio cholerae 50 longitudes/segundo.
Crecimiento flagelar
El flagelo no crece sobre la base, como un pelo animal, sino por la punta. El crecimiento
del flagelo se presenta más o menos continuamente hasta que se alcanza un máximo de
longitud, pero si se rompe una porción de la punta, esta se regenera.
Quimiotaxis en bacterias
La quimiotaxis es el movimiento que lleva a cabo un organismo para acercarse o alejarse
de sustancias químicas. La quimiotaxis (QT) positiva se refiere a los movimientos para
acercarse a dicha sustancia y se presenta cuando ésta beneficia a la célula por ejemplo la
presencia de un nutriente. La quimiotaxis negativa es el movimiento para alejarse de una
sustancia que usualmente es perjudicial. La sustancia química que induce QT positiva se
denomina atrayente y la que induce QT negativa repelente. La QT es un fenómeno de
comportamiento y sugiere cierto tipo de respuesta nerviosa.
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2.- Fimbrias y Pelos ( son estructuras de la superficie celular bacteriana)
Las fimbrias y los pelos son estructuras semejantes a los flagelos pero no participan en la
movilidad.
Las fimbrias son considerablemente más cortas y más abundantes que los flagelos.
Pueden ser químicamente muy semejantes a los flagelos. No todos los organismos tienen
fimbrias y la capacidad para producirlas es de carácter hereditario. Las fimbrias permiten a
los organismos adherirse a superficies inertes y formar una película o residuo sobre la
superficie de los líquidos.
Los pelos son estructuras semejantes a las fimbrias pero suelen ser más largos y tan solo
uno o unos pocos están presentes sobre la superficie celular. Los pelos se visualizan en el
microscopio electrónico pues sirven de receptores específicos a ciertos tipos de partículas
virales y cuando se cubren con virus se observan fácilmente. Los pelos participan en el
proceso de apareamiento de las bacterias. Y en algunas bacterias patógenas participan en
la adherencia a los tejidos.
CAPSULAS Y CAPAS MUCILAGINOSAS
La mayoría de los organismos procarióticos secretan sobre sus superficies sustancias
densas, mucosas o gomosas.
Antiguamente se los denominaba capsulas y capas mucilaginosas, actualmente se las
denomina glucocalix y se lo define como sustancias que contienen polisacáridos que se
encuentran fuera de la célula.
El glucocalix varía en los diferentes organismos, pero puede estar compuesto de
glucoproteínas, gran cantidad de polisacáridos diferentes (homo y heteropolisacáridos)
incluyento polialcoholes y aminoazúcares e inclusive polímeros del ácido D-glutámico
(Bacillus anthracis).
El glucocalix puede ser grueso o delgado, rígido o flexible dependiendo de su composición
química. Si forma una matriz muy compacta, que excluye partículas como la tinta china, da
la forma de la cápsula tradicional. Si el glucocalix se deforma más facilmente, es laxo, no
excluye partículas y es difícil de ver corresponde a la capa mucilaginosa tradicional. El
glucocalix se puede observar fácilmente haciendo una suspensión bacteriana en tinta
china, en donde se reconoce como una zona clara entre el medio opaco y el cuerpo celular
más
refráctil. También pueden visualizarse mediante el uso de anticuerpos anticapsulares que
incrementan su refractibilidad.
No todas las especies bacterianas producen glucocalix fácilmente detectable y el tamaño
del mismo está marcadamente influenciado por el ambiente en la cual la bacteria es
cultivada. La capacidad de producir glucocalix es una propiedad hereditaria es decir que se
puede perder por mutación.
Las capas de glucocalix desempeñan varias funciones en las bacterias:
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1) Permiten la fijación de ciertos microorganismos patógenos a sus huéspedes. Por
ejemplo las bacterias que producen caries dentales se adhieren a la superficie de los
dientes por medio del glucocalix
2) Son un factor de virulencia. Ya que las bacterias capsuladas son más difíciles de
reconocer y destruir por las células fagocíticas del sistema inmunológico inespecífico. Por
ejemplo las cepas de Streptococcus pneumoniae, que causa la neumonía en el hombre,
siempre tienen cápsulas puesto que actuan como factor antifagocitario, impidiendo su
ingestión y destrucción por los fagocitos. Los pneumococos no capsulados por otra parte
son no patógenos. Utilizando antisueros específicos los pneumococos se dividen en más
de 70 tipos, distinguibles sobre la base de pequeñas diferencias en la composición química
de los polisacáridos del glucocalix.
3) Son un factor de resistencia a la desecación, debido a que las capas de polisacáridos
exteriores unen una cantidad significativa de agua.
4) Pueden bloquear la unión de bacteriófagos
ENDOSPORAS BACTERIANAS
La espora bacteriana es una forma y/o estado especial de la célula bacteriana que
presentan algunos géneros bacterianos tales como Bacillus (aerobios) Clostridium
(anaerobios), Sporosarcina, Thermoactinomyces y otros pocos géneros, la cual presenta
como característica principal la extremada resistencia al calor. Los géneros Bacillus y
Clostridium son de amplia distribución, especialmente en el suelo.
Las esporas son de gran importancia en Microbiología y justamente la cinética de
esterilización en un esterilizador determinado se efectúa utilizando las esporas mas
resistentes al calor conocidas que son las esporas de Bacillus stearotermophylus.
Observación de las esporas
Las esporas bacterianas son endosporas ya que la espora se forma dentro de la célula
vegetativa, y pueden observarse fácilmente con el microscopio de contraste de fases,
como una zona intensamente refringente. Además por ser muy impermeables a los
colorantes se observan como zonas claras en células teñidas con colorantes básicos como
el azul de metileno.
La espora puede ubicarse en posición central (Bacillus cereus), subterminal (Clostridium
tetani) y terminal (Clostridium subterminale)
Estructura de la espora
La estructura de la espora es mucho más compleja que la de la célula vegetativa de la
cual proviene. Se pueden observan varias capas y desde adentro hacia afuera podemos
distinguir las siguientes estructuras:
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1) Citoplasma o core: el cual retiene el material genético inicial.
2) Membrana interna: esta dará origen a la membrana celular y a la pared celular cuando la
espora germine.
3) Cortex: el cual está compuesto por glucopéptidos.
4) Membrana externa
5) Cubiertas de la espora: es la capa más resistente y está compuesta únicamente por
proteínas con un alto contenido en cisteína.
6) Exosporium: se trata de una cubierta fina y frágil
Ciclos de crecimiento vegetativo y de esporulación
Las bacterias capaces de esporular pueden pasar de un ciclo de crecimiento vegetativo a
uno de esporulación y luego la espora madura puede germinar para dar origen
nuevamente a un ciclo vegetativo.
La espora madura, generalmente esférico u oval, es sólo una fracción del tamaño total de
la célula vegetativa. En algunas bacterias no deforma al cuerpo bacteriano (Bacillus) y en
otros si (Clostridium).
La endospora posee una serie de propiedades muy diferentes de la célula que le dió
origen siendo particularmente característica la elevada resistencia a los efectos
destructivos de diversos agentes físicos y químicos, como la desecación, los agentes
desinfectantes, las radiaciones y particularmente al calor.
Características de la Espora
El rasgo químico más característico de la espora es su elevado grado de deshidratación
Otro aspecto muy característico de la espora bacteriana es el gran contenido de Ca 2+ y en
cantidad equivalente de ácido dipicolínico. Este compuesto constituye entre el 5 al 10%
de peso seco de la espora bacteriana, no se ha detectado este compuesto en ningún otro
tipo de célula, y además no se detecta en la célula vegetativa. Se argumenta que el calcio
y el ácido dipicolínico forman un complejo de dipicolinato de calcio, el cual se localiza en
las membranas exteriores de la espora, y le confiere la extraordinaria resistencia al
calor.Sin embargo se han aislado esporas resistentes al calor que no tienen el complejo
Ca-acido dipicolínico refutando esta hipótesis.
Germinación de la espora
La espora puede mantenerse como tal durante largos periodos de tiempo, inclusive años,
constituyendo una fase de resistencia.
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Cuando la espora es transferida a un medio y ambiente favorable para el crecimiento se
observa el proceso de germinación de la espora, se rompen las capas de la espora y se
vuelve a generar la célula vegetativa.
Se ha comprobado que algunas esporas bacterianas germinan espontáneamente en un
medio favorable, hay otras, que permanecen en estado de letargia o latencia, a menos que
sean activadas por algún agente traumático.
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