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MICROBIOLOGÍA….
Rama de la biología que se ocupa del estudio de los microorganismos, sus actividades y
sus relaciones con el entorno.
100 micras es la menor distancia que el ojo humano distingue microorganismos:
diámetros inferiores o igual a 1mm.
La microbiología médica estudia seres vivos que producen enfermedades en los seres
humanos.
Los microorganismos se dividen en:
1. virus
2. bacterias
3. hongos
4. parásitos
HITOS DE LA MICROBIOLOGÍA.
Los microorganismos son más antiguos que el ser humano.
Aparición del microcopio (siglo XVII): Anthony van Leewenhoek. Permitió
conocer a los microorganismos. Descubrió los “animáculos” y casi todas las
morfologías que se conocen hoy de microorganismos.
Microscopio compuesto (siglo XIX). Consiguió amplificaciones mayores de 300
aumentos.
Fermentación como actividad metabólica microbiana: Louis Pasteur. Se
destruyó la teoría de la generación espontánea.
Microorganismos productores de enfermedades: Berkeley (raya de la pata:
enfermedad)
Cirugía antiséptica: Lister y Semmelweiss. (para evitar la infección causada por
microorganismos en una operación)
Especificidad de la infección: Rayer, Devaine y Koch (1876)
POSTULADOS DE KOCH.
El microorganismo está presente en todos los enfermos pero no en los
sanos.
El microorganismo se puede aislar en cultivo para ver que no haya
mezcla.
El microorganismo cultivado reproduce la enfermedad en sanos.
El microorganismo se puede aislar de infectados artificialmente.
(actualmente son aplicables en pocas circunstancias porque un
microorganismo puede producir varias enfermedades distintas o varios
microorganismos producir la misma enfermedad)
Descubrimiento de los virus: Iwanowsky (1892) y Beijerinck (1898):
organismos subcelulares.
Primeros antimicrobianos: Erlich, Domagk y Fleming.
Mutaciones de células al azar: Luria y Delbruck.
ADN como material genético: Avery, McLeod y McCarthy (1944)
DIFERENCIAS ENTRE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS.
- estructura subcelular: virus, priones y viroides.
-
Estructura celular: unicelulares (pueden ser procariotas o eucariotas) y
pluricelulares
- Las células son aquellos seres que, utilizando su genotipo, y aislada de su
entorno, utiliza energia y materia del medio para realizar su metabolismo y
consigue obtener copias de sí mismas.
Toda célula proviene de otra célula anterior.
Las células procariotas no tienen membrana nuclear. Su pared es rígida, tienen
mureína o peptidoglicano. No tiene sistemas membranosos por dentro de su
membrana citoplasmática.
Las células eucariotas tienen membrana nuclear que aisla el material genético.
Hay estructuras internas limitadas por membrana.
PROCARIOTAS::
MEMBRANAS: no tienen membrana nuclear, no tienen otro tipo de membranas
internas. Su membrana no posee esteroles, sino opanoides o isoprenoides que realizan la
regulación de rigidez de membrana.
ESTRUCTURA: no posee mitocondrias, sus ribosomas son 70s y su pared de PG.
GENOMA: sin secuencias repetidas, sin intrones y policistrónico, ADN
extracromosómico, una molécula circular y haploide.
REPRODUCCIÓN: fisión binaria.
EUCARIOTAS:
MEMBRANA: posee membrana nuclear, también membranas internas y con esteroles.
ESTRUCTURA: tiene mitocondrias, ribosomas 80s y su pared no tiene PG.
GENOMA: con secuencias repetitivas con intrones, monocistrónico, sin ADN
extracromosómico, y varias moléculas lineales de ADN (diploide).
REPRODUCCIÓN: mitosis, meiosis.
CONCEPTOS A TENER EN CUENTA:
*MONOCISTRÓNICO: un único punto de inicio y final de síntesis de proteínas
(síntesis de ARNm)
*POLICISTRÓNICO: varios puntos de inicio de síntesis y de fin.
*HAPLOIDE: una copia de material genético.
*DIPLOIDE: dos copias de material genético, dos loci distintos. Más resistentes a
mutaciones debido a que hay otra copia si se muta una.
*ADN EXTRACROMOSÓMICO = plásmidos.
CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA ÓPTICO:
1. RESOLUCIÓN: capacidad para distinguir como diferentes dos puntos
próximos.
a. Es independiente del observador.
b. Es inversamente proporcional a la distancia mínima que separa esos dos
puntos (d)
c. D = ½.λ.1/Nsenα
******* N indica el índice de refracción del medio por el que se desplaza la luz.
α es el ángulo del objetivo.
λ es la longitud de onda de la luz
2. AMPLIFICACIÓN: capacidad para aumentar el tamaño de la imagen.
a. Es dependiente del observador. (PR del ojo)
b. Es indefinida. Interesa la amplificación eficaz que hace.
c. D50. ∆E = Dobservador = 100 μm.
********D50 es el poder de resolución real.
Dobservador es el poder de resolución del ojo (ambos se relacionan)
Aunque se aumente mucho una imagen, si la cámara no vio una bacteria, no se
va a ver
3. AMPLIFICACIÓN EFICAZ: sistema óptico con resolución de 100 μm.
Ampliamos la imagen 100 veces. Si ampliamos se ven cosas que no veía. Si el
sistema óptico tiene poder de resolución mayor que nuestra retina es eficaz la
amplificación, si es mayor de 100 μm.
TIPOS DE MICROSCOPIOS.
ÓPTICOS:
A. Usan la luz visible cuya longitud de onda (λ) es la que ve el ojo humano. La
amplificación eficaz de un óptico es de mil (más o menos).
1. simple: también llamado de campo claro; se ve luz.
2. compuesto: de mejor resolución pero baja definición. La luz no se ve si no hay
muestra, para poder verla fuera del objetivo. Se ve con más intensidad, no se ve
mejor de lo que hay.
3. contraste de fases: no requiere tinción, la observación es en fresco. Resalta los
bordes del objeto. Anula la luz que pasa justo por el borde de la muestra del
objeto.
4. confocal: imagen tridimensional y de buena resolución. No se ve en un plano
concreto sino una imagen en 3D.
B. Usan luz ultravioleta (UV).
1. ultravioleta: muy complejos. Tiene una longitud de onda (λ) en el rango de los
ultavioleta. Permite duplicar el poder de resolución. El vidrio es opaco a la luz
UV: por lo que el sistema óptico tiene que ser de cuarzo. Es más complejo y más
difícil de mantener. Requiere pantalla fluorescente que transforma luz UV en luz
visible.
2. fluorescencia: coloración específica con colorantes que absorben luz UV y
emiten luz visible. Sólo tiene que ser de cuarzo el sistema desde la fuente hasta
la muestra.
C. Electrónicos:
1. de transmisión: similar al microscopio óptico. La luz pasa por dos sistemas
electromagnéticos: la pantalla trasforma el haz electrónico en luz visible. Tienen
gran resolución y necesitan tinción compleja. Su amplificación eficaz es de 1
millón de veces. La preparación de la muestra es compleja porque los electrones
sólo atraviesan cortes muy finos por lo que tratan la muestra: el microtomo se
aplica previa congelación. Se necesitan colorantes opacos a los electrones para
que se vean como algo oscuro.
2. de barrido: menor resolución y de menor amplificación (unas 50000 veces).
Requiere técnicas de tinción menos complejas y nos da una imagen superficial
tridimensional. Los electrones inciden en la muestra y rebotan. Éstos son los que
se ven. La fuerza con la que inciden es proporcional a la distancia entre la
muestra y la fuente (como pelotas de tenis).
COLORANTES EN MICROSCOPÍA:
Óptica: con color (absorben la luz); ácidos, básicos y neutros. Se unen a sustancias
afines e hidrofóbicas.
Fluorescencia: absorben luz UV y emiten luz visible. Se usan fluorocromos como la
fluoresceína, ficoercitrina o rodamina.
Electrónica: opaco a los electrones. Se usan metales pesados.
TINCIÓN (resumen simplificado).
1. Extensión de la muestra sobre el porta.
2. fijación: se calienta el porta para que la muestra se fije al vidrio.
3. coloración:
a. simple:
i. añadir colorante
ii. lavar exceso de colorante
iii. llevar al microscopio
b. compuesto:
i. añadir colorante primario
ii. proceso químico: el mordiente hace que el colorante primario no
salga de su sitio o hace que el segundo colorante entre donde no
hay colorante primario.
iii. Usar decolorante.
TIPOS DE TINCIÓN:
Simples: se aplica colorante y se observa la muestra. Pueden ser:
positivas: se ve el microorganismo teñido sobre fondo sin teñir.
negativas: se tiñe el fondo pero no penetra la muestra. Se usa, por
ejemplo, tinta china para meningococo.
Diferenciales: diferencian tipos de bacterias:
Gram positivas/negativas.
Giemsa: para micobacterias. Por ejemplo, en esputo de un tuberculoso.
También se usa verde malaquita.
OPERACIONES DE TINCIÓN:
La tinción diferencial usa al menos 2 colorantes del mismo tipo pero diferentes;
entonces, se usa un colorante, luego el mordiente (que se refiere a una sustancia o un
proceso químico) que permite que el colorante tiña la estructura (sin él, no lo haría).
También fija el colorante a una estructura una vez se ha fijado (“abre la puerta o cierra
la puerta para que no salga”) Luego se hace decolorante en ausencia de mordiente. Se
quita el color. En las estructuras a las que se fijó el colorante con mordiente, no se va. El
primer colorante saldrá de algunas zonas. Se añade el segundo colorante y éste se unirá
a las zonas que no tienen el primer colorante.
PROBLEMAS METODOLÓGICOS EN MICROBIOLOGÍA:
Tamaño reducido:
o Dificultad de observación: necesitamos microscopía.
o Baja capacidad de alterar el medio: trabajo con poblaciones (cultivo puro
= población microbiana grande con microorganismos iguales que proceden
de una única célula inicial. Así podemos centrarnos en las características de
un único microbio).
Ubicuidad:
o Trabajo con material sin microorganismos: esterilización del material.
o Impedir la contaminación del material: trabajo en condiciones asépticas.
IMPORTANCIA DE LA MICROBIOLOGÍA EN LA SALUD HUMANA:
La humanidad tiene 3 grandes enemigos: la fiebre, la hambruna y la guerra, de ellos el
mayor y más terrible es la fiebre.
Las enfermedades infecciosas producen más de 13 millones de muertes al año, el cáncer
la mitad de esa cifra. Y tan sólo 6 enfermedades infecciosas producen el 50% de las
muertes en niños y jóvenes (IRA, VIH/SIDA, enf. Diarreicas, paludismo y sarampión).
El 33% de la población mundial está infectada por tuberculosis. La peste del siglo XIV
causó en Europa más muertes en una año (25 millones) que la IIGM.
ASPECTOS CLÍNICOS DE LA ENFERMEDAD INFECCIOSA:
1. manifestaciones clínicas:
a. fiebre, dolor e inflamación.
b. Variabilidad de manifestación y microorganismos en las diferentes
personas.
2. diagnóstico:
a. relativa rapidez del diagnóstico específico por cultivo y/o identificación.
b. Problemas de muestra, factores del hospedador y ubicuidad.
3. tratamiento: agentes eficaces y específicas (diferencias morfológicas y
metabólicas) ‘¡¡¡resistencias!!!’
4. prevención: respuesta inmune y conocimiento de transmisión (como
microorganismo sale del sujeto infectado y va a uno sano)
MICROBIOLOGÍA BACTERIANA (MORFOLOGÍA). T.2 BACTERIOLOGÍA
GENERAL
Diferenciamos bacterias por tamaño y forma. La mayoría de las bacterias tienen un
tamaño entre 0,2-10 μm. ( las de interés clínico tienen un tamaño de 0,2-0,5m) De
hecho, un grano de bacterias tiene un Billón de bacterias.
Forma: las poblaciones microbianas cuando crecen en un cultivo forman colonias de
bacterias. Esto también incluye en la clasificación de la forma (morfología de las
colonias independientemente de la forma de la bacteria individual) Las bacterias pueden
ser:
redondas o cocos.
Alargada o bacilos.
Curvados: ya sean vibros, espirilos o espiroquetas.
Los cocos suelen tener un diámetro entre 0,2-2 μm y pueden presentarse solas o en
colonias: uno solo se conoce como micrococos; 2 asociados, diplococos; en forma de
cubos son sarcinas; en racimo de uvas se conocen como estafilococos; en cadenas
como estreptococos (con ejes de división paralelos).
Los bacilos, con diámetro entre 0,5-1 x 3-10 μm. Hay variaciones: muy cortos=
cocobacilos; alargado con extremos = bacilo filamentoso; bacilos con bordes casi
rectangulares o cuadrados = bacilo fusiforme.
Los vibros son curvados, con forma de boomerang; las espirales con espiras altas y
rígidas son espirilos; espirales con menos espinas y flexibles son espiroquetas.
Existe otro grupo en el que se encuadran microorganismos que no serían estrictamente
bacterias: cúbicas (en medios salinos), son los micoplasmas (que carecen de pared y
por lo tanto adquieren esa forma definida. Tienen un tamaño de 0,12-0,25 μm. Son las
células más pequeñas conocidas).
Las rickettsias viven en el interior celular y poseen pared (0,3-0,32 μm). Las
chlamidias (0,25 μm) carecen de peptidoglicano. Se parecen más a los virus y
presentan dos formas: cuerpo elemental (redondeado) y cuerpo reticulado (más grandes,
en el interior celular).
CELULAS PROCARIOTAS: MORFOLOGÍA :
ELEMENTOS OBLIGADOS: pared de peptidoglicano, membrana citoplasmática,
genóforo (no cromosoma bacteriano), ribosomas.
Son aquellos que tienen todas las bacterias y que si los pierden no son viables. Se
incluye la pared aunque algunas no la tienen.
ELEMENTOS FACULTATIVOS:
Algunas bacterias los tiene y otras no. Si se lo eliminan, la bacteria permanece viva. Son
los siguientes:
 Mesosomas: invaginaciones que penetran en el citoplasma pero siendo parte de
la propia membrana.
 Gránulos
 Cuerpos de inclusión
 Plásmidos de ADN: cadenas circulares
 Glucocálix (cápsula): por encima de la pared.
 Fimbrias: numerosas y cortas.
 Flagelos: más grandes y largos; insertados por el cuerpo basal.
MEMBRANA CITOPLASMÁTICA:
Bicapa lipídica formada por lípidos anfipáticos y bipolares con 8nm de espesor y que
aísla el interior del exterior. Tiene 20-35% de lípidos para impermeabilizar, aislar
osmóticamente. Tiene un 50-70% de proteínas para: transporte de nutrientes
(permeasas), tiene enzimas de biosíntesis de componentes de pared y membrana,
también enzimas de replicación del ADN. Contiene también proteínas implicadas en los
sistemas de secreción (de desecho, exoenzimas, toxinas…) También receptores
quimiotácticos que reaccionan a la composición química del ambiente bacteriano para
alejarse de sustancias tóxicas, acercarse a los nutrientes, adaptar su funcionamiento a la
población…
Contiene también las proteínas de la cadena del transporte electrónico para generar un
ambiente protónico, una fuerza electromotriz.
Mesosomas: son acúmulos proteicos. Pueden ser:
- septales: en replicación de ADN (en el medio)
- laterales: secreción. En otras situaciones (polos)
PARED BACTERIANA:
Es esterna a la membrana plasmática. Da forma y rigidez a la bacteria. Formada por
mureína o peptidoglicano. Estructura rígida, externa a la membrana que confiere
fuerza y rigidez. Las bacterias están sometidas a cambios de presiones osmóticos y a
veces, demasiado elevados y ello supone la posibilidad de “estallar”. La pared tiene
poros que regulan el paso de moléculas hacia la membrana por eso, a veces plantea una
primera barrera de permeabilidad.
Mureína: contiene algunos aminoácidos-D que no existen en la biología en general.
Tal estructura permite que se compriman. Hay varias capas de mureína superpuestas
para ofrecer mayor resistencia. Ésta se forma a través del establecimiento de un enlace
entre el carboxilo Terminal de la D-alanina y un grupo amino del 3º aminoácido.
Esta estructura es común a todas las paredes bacterianas aunque no todas son iguales.
Con técnicas de gram se ve que hay dos tipos (gram positivas = azules; gram negativas
= rosas) Esta diferencia de tinción es debida a la diferencia estructural de la pared.
Bioquímicamente, la mureína está formada por N-acetilmuránico y N-acetilglucosamina
unidos por enlaces β-glucano. Además tiene un tetrapéptido (el cuarto es siempre una
alanina), estos aminoácidos suelen ser: L-ala, D-glucosamina, 3-aa, D-alanina. Su
función principal es la resistencia a las presiones osmóticas.
GRAM POSITIVAS Y GRAM NEGATIVAS:
En gram negativa: posee membrana y membrana lipídica que conforma la membrana
externa. Entre las dos hay otra capa de peptidoglicano, introducido en el gel
periplásmico.
En gram positivo: hay membrana y capa de peptidoglicano (numerosas capas, hasta 4050 nm de espesor, las capas permanecen unidas por puentes cruzados entre los
tetrapéptidos) El puente incluye un número variable de aa que permite alargar la cadena,
se trata del puente peptídico indirecto.
La pared gram positiva presenta ácidos teicoicos y lipoteicoicos que se unen a la
membrana citoplasmática y penetran en la pared (glicerolfostato). Los ácidos teicoicos
(ya sea ribitol fosfato o glicerol fosfato) se pueden unir covalentemente a moléculas de
mureína (a la alanina). Los ácidos lipoteicoicos (son glicerolteicoicos) se unen a la
membrana y fijan la pared, uniéndose a los fosfolípidos de la membrana mediante
uniones de tipo hidrofóbico.
Tanto los ácidos teicoicos como lipoteicoicos salen a la superficie y actúan de antígenos
de las bacterias. Las gram + tienen entre 40 y 50 capas de peptidoglucano unidas entre
sí por puentes peptídicos. Estos puentes pueden ser cruzados ( mas de 3 aa) , cuando son
cruzados los aa nunca serán aromatizados.
En las gram negativas, existe una membrana externa y espacio llamado periplasma que
está lleno de gel periplásmico y que contiene algunos polímeros de peptidoglicano,
moléculas de mureína libre, digosacáridos derivados de la membrana y proteínas con
funciones diversas (proteínas transportadoras, enzimas detoxificantes…)
En la pared de las gram negativas, las capas de mureína son bastante abundantes (de 45) por lo que no necesitan cadena indirecta de aminoácidos. Tienen puente directo entre
la alanina y el tercer aminoácido. El puente es el ácido diaminopimérico (DAP). La
densidad de puentes cruzados es menor que en las gram positivas.
En el espacio periplásmico (entre la membrana citoplasmática y la capa de
peptidoglicano) hay densidad alta de moléculas de mureína y puentes cruzadas,
proteínas de detoxicación, enzimas de síntesis… En este espacio también están las
lipoproteínas de Brown, unidas directamente al peptidoglicano, éstas se pueden insertar
en la parte interna de la membrana externa.
Por encima de gel está la membrana externa celular: bicapa lipídica. Su capa externa es
rica en lipopolisacáridos (LPS) con tres partes:
la más interna: molécula central apolar que se inserta en la membrana
citoplasmática = lípido A.
molécula central de heptosas = core, sac, R, centro, sacárico central.
La más externa: unido a este centro hay oligosacáridos O que contienen
azúcares como la manosa. Es el principal agente de especie de las gram
negativas.
También hay proteínas en el gel periplásmico, son las lipoproteínas de Brown que se
unen covalentemente a la mureína y a la membrana por su parte interna fijándola.
UNIONES DE BAYER: la cara interna de membrana externa se puede unir a la capa
externa e membrana citoplasmática y formar puentes.
También tiene painas: proteínas que forman agujeros para el paso de sustancias de bajo
peso molecular (bajo PM). A veces están asociados a la membrana de Bayer.
La membrana lipídica confiere impermeabilidad hacia las sustancias hidrofílicas. La
pared gram – es más impermeable que la gram +. La membrana externa tiene porinas
que le dan permeabilidad. La permeabilidad de la gram – depende del límite de
exclusión de las porinas y del número de porinas.
MICROBIOLOGÍA DIA 10/X/2007
PARED BACTERIANA: GRAM POSITIVA versus GRAM NEGATIVA
En gram positiva:
1. mureína gruesa (al menos 30 capas superpuestas pudiendo llegar
hasta las 200, y supone del 40-80% de peso total de la pared)
2. no tiene membrana lipídica externa (carecen en general de lípidos
y proteínas propiamente dichas; en algunos casos como la
Corynebacterium diphtheriae, Mycobacterium tuberculosis y
3.
4.
5.
6.
Nocardia asteroides, la pared celular contiene ácidos grasos de
cadena larga)
enlace peptídico indirecto y abundante.
3º aminoácido variable pero aminado
peptidoglicano + AT (ácidos teitoicos) + ALT (ácidos lipoteicoicos)
+ no lipopolisacáridos (LPS).
cuando se trata con lisozima, en medio isotónico (para evitar
explosión), ésta actúa sobre el peptidoglicano y acaba rompiendo la
pared. La bacteria queda sin pared y adquiere forma más o menos
esférica; se denomina a esta forma como PROTOPLASTO.
***enlace indirecto: en gram positivas, los puentes cruzados entre capas extremas no
son fáciles de reproducir , entonces se añade una cadena media entre los tetrapéptidos
que cuelgan de las capas para darle estabilidad a la estructura. Es decir, se hace
necesaria una cadena de aa supletoria porque si no los tetrapéptidos de las dos mureínas
están demasiado lejos y no forman enlaces. Esta cadena es variable. En el caso de las
gram - no
***AT: los ácidos teicoicos son polímeros hidrosolubles de fosfatos de poliol. Se tratan
de antígenos de superficie comunes y que funcionan como estructuras de unión a otras
bacterias, así como a receptores específicos en las superficies de las células de los
mamíferos. Así, los ácidos teicoicos constituyen factores importantes para la virulencia.
En gram negativa:
1. capa de mureína fina
2. con membrana lipídica externa
3. enlace peptídico directo y escaso
4. 3º aminoácido variable, aunque frecuentemente se presenta como
DAP.
5. no presenta AT, ni ALT. En la membrana lipídica externa presenta
lipopolisacáridos (LPS)
6. los lisozimas no atacan al peptidoglicano debido a la presencia de la
membrana lipídica externa. Como resultado, quedan segmentos de
pared rodeando la bacteria, ésta adopta una forma no esférica y se
conoce como ESFEROPLASTO.
PARED ÁCIDO ALCOHOL RESISTENTE (se comporta casi como cera)
La presentan las Mycobacterium y algunas del género Nocardia. Se trata de una
variación de la gram positiva: es una capa de peptidoglicano sobre la membrana
citoplasmática, tiene más puentes cruzados que la negativa pero de ella salen cadenas de
arabimegalactano y arabinoganano?? o arabinogalactano y lipoarabinomanosa??
(polímeros de araminosa y galactosa). Sobre ellos se unen ácidos micólicos (ácidos
polihidroxilados de cadena larga). Por encima de éstos se unen óxidos lipídicos.
Sus características más importantes son:
1. son difíciles de teñir
2. los nutrientes atraviesan con dificultad la pared
3. son bacterias de crecimiento lento. En un cultivo para diagnóstico, para dar una
prueba como negativa, es necesario esperar al menos entre 7-10 días.
4. presentan elevado grado de resistencia natural a los antibióticos debido a su
impermeabilidad y a su lento metabolismo.
En general, de lo más externo a lo más interno están: lípidos, ácidos micólicos,
polímeros de araminosa y galactosa y la mureína.
****la membrana citoplasmática no forma parte de la pared!!!!!!
RIBOSOMAS
Partículas submicroscópicas de 20 nm de diâmetro. Compuestos por 2 subunidades: 50s
y 30s. Ambas subunidades están formadas por ARN y proteínas.
Subunidad 50s (grande): ARN 23s + ARN 5s + 32 proteínas.
Subunidad 30s (pequena): ARN 16s + 23 proteínas.
*** El 16s ARN se usa en técnicas de detección de material genético, como control
positivo de la existencia de bacterias. Su secuencia es un factor importante para
considerar la semejanza filogenética entre bacterias.
Los ribosomas se encargan de la síntesis de proteínas. La mayoría se encuentran en
forma de polirribosomas en número de 4 a 10, unidos a moléculas de ARNm. Esto es
posible debido a que el ARN bacteriano es policistrónico, es decir, tiene varios puntos
de inicio de síntesis.
Los ribosomas son muy abundantes (puede haber hasta 20000, lo que supone un 3040% del peso seco bacteriano. Si no están asociadas a polirribosomas (y ejerciendo
función asociados a ARNm) las subunidades se hallan disociadas.
COMPOSICIÓN DEL NUCLEOIDE/ ADN BACTERIANO.
Se encuentra como una estructura más o menos diferenciada: el nucleoide o nucleosoma
bacteriano. Está formado por ADN, ARN y proteínas. El nucleoide bacteriano ocupa un
⅓ del total celular.
1. ADN (60%)
a. Formado por unos 5 millones de pares de bases (1-1,5 mm de material)
b. Codifica unos 4000 genes aproximadamente.
c. Para que sea compacto, existen proteínas que fijan el ADN en 40-50
lazos comprimidos (superenrollado)
d. No tiene nucleosomas, por lo que está siempre disponible para el inicio
de la transcripción.
2. ARN (30%)
a. Compuesto por ARNr, ARNt y ARNm recién sintetizado o en proceso de
síntesis.
3. PROTEÍNAS (10%)
a. En general, proteínas relacionadas con la función del nucleoide:
i. ARNpolimerasa, encargada de la transcripción del ADN.
ii. Proteínas estructurales, como la HU (encargada en la formación
de lazos, son prot similares a histonas), girasas..
iii. Proteínas reguladoras de la expresión génica.
***el ADN procariota no está tan enrollado como el eucariota, por eso no llega a formar
nunca estructuras de nucleosomas; en bacterias es más sencillo.
El nucleoide es una estructura libre de ribosomas. Su centro está formado por ADN de
doble cadena, en la periferia hay muchas proteínas y ADN desenrollado, abierto (ADN
que se está expresando) Es decir, el genóforo tiene una parte en desarrollo, que se está
expresando.
El nucleoide está anclado en la membrana celular. El ADN se una a la membrana en
unas estructuras llamados MESOSOMAS (invaginaciones de la membrana de formas
variables en bacterias gram positivas y ovaladas o laceroadas en gram negativas) los
mesosomas son especializaciones de la membrana, pero siguen siendo una parte de la
membrana. Algunos autores los consideran artefactos debido a que, cuando se elimina la
pared, los mesosomas no se ven.
Los mesosomas pueden ser de 2 tipos:
a. Mesosomas septales: unen ADN en procesos de división celular, favoreciendo la
separación de los cromosomas hijos y favoreciendo la separación del septum de
las dos células.
b. Mesosomas transversales: implicados en mecanismos de secreción celular.
GLUCOCALIX.
Cubierta de naturaleza polisacárida de secreción y con estructura definida y fija a la
pared. Hay una excepción conocida, el género bacillus cuya cubierta es polipeptídica,
por eso se conoce como proteocalix.
Se trata, pues, de un conjunto de polisacáridos que la bacteria expresa por fuera de la
pared; los hidratos de carbono se unen a la superficie externa y constituyen un
componente integral de la pared celular. Puede ser:
a. Estructura fija y covalentemente unida a la pared, conocida como cápsula
bacteriana. La cápsula tiene diversas funciones:
a. Adherencia
b. Protección de la bacteria en todos los aspectos, en su entorno físico y
biológico.
c. Principal agente protector de la fagocitosis.
Las bacterias sin cápsula son sensibles a la desecación. De hecho, en el caso de los
estreptococos pneumoniae, sólo los portadores de cápsula resultan letales. Por ejemplo,
la Neisseria de la meningitis se transmite por aire porque tiene cápsula. La bacteria de la
gonorrea no la tiene, y por tanto es incapaz de transmitirse por aire.
b. LIMO: estructura amorfa y no fija. Formada por polisacáridos no unidos a la
pared de forma covalente. Se puede unir pero por fuerzas hidrofóbicas,
electrostáticas o por contactos ligando-receptor. Funciones:
a. Permite la adhesión a sustratos no biológicos, formando una masa
pegajosa mediante la que se une a minerales… ocurre en la caries.
b. Desplazamiento de bacterias por gradiente: van produciendo azúcar y
éste las empuja.
LÁMINA S.
Algunos autores la consideran como un subtipo de glucocalix. Se trata de una estructura
que está por encima de la pared, independientemente de si hay cápsula o no. Se la
considera la envoltura última más externa.
Está formada como un agregamiento proteico cristalino que cubre la pared bacteriana.
Esta capa se sitúa por encima de la mureína en las gram+ (en las + es una estructura más
constante) y por encima de la membrana externa en las gram -. Podría compararse a la
lámina externa de las gram (-). Presenta 3 funciones principales:
a. Protege de la acción de agentes externos.
b. Puede actuar como factor de virulencia.
c. Puede controlar la permeabilidad (actúa como filtro)
APÉNDICES BACTERIANOS.
Estructuras que se proyectan por fuera de la pared. Se distinguen dos tipos:
1. los implicados en la motilidad
2. los implicados en la adherencia.
MOTILIDAD: flagelos y filamento axial (endoflagelo).
1. flagelos: estructuras filamentosas de 12-15 μm de diámetro y 15micras de
longitud. Formados por enrollamiento de monómeros de flagelina (cada
vuelta son 8 monómeros) Es una estructura hueca, permite que las unidades
de flagelina sintetizadas en citoplasma se desplacen por su interior y vaya
creciendo en la punta (al revés que el pelo). Las bacterias pueden tener de
uno a varias docenas de flagelos. Éstos están unido a la pared bacteriana a
través del cuerpo basal.
2. endoflagelo: presente sólo en un grupo bacteriano, las espiroquetas. Es muy
similar al flagelo, pero con ciertas diferencias:
a. no sale al exterior, atraviesa el espacio periplásmico de las
espiroquetas.
b. Su extremo distal está anclado en la pared bacteriana (y no por el
cuerpo basal)
c. Cuando el cuerpo basal gira, la bacteria gira sobre su eje, a modo de
sacacorchos.
El endoflagelo permite movimientos en medios muy densos (mucosos)
que no permitirían los flagelos (solo en espiroquetas).
Estructura del flagelo:
Los flagelos se unen a la bacteria por el cuerpo basal.
Las gram positivas tienen una parte curva recubierta por una estructura llamada
gancho que une al flagelo a la bacteria. El gancho es una parte curva que permite el
enlace entre el filamento flagelar con la superficie bacteriana. Si el gancho gira el
flagelo gira como una hélice (estableciéndose un movimiento más amplio que si
estuviese recto). El filamento del flagelo pasa por dentro del gancho y se continúa en el
interior del bastón. El bastón atraviesa la pared y se encuentra fijado por anillos
proteicos. En gram positivas, los anillos proteicos son dos: anillo M, situado en la
membrana citoplasmática, y el anillo S, situado en el peptidoglicano. Los anillos L y P
no existen en gram +.
En gram negativas hay 4 anillos para sujetar al flagelo para que al girar no se
destruyan las capas. Los anillos implicados en la rotación del flagelo son M y S, que
giran sobre sí mismos haciendo girar el bastón y, por tanto, el flagelo. Los otros anillos
son meramente estructurales.
El flagelo está embebido en la cubierta celular y se extiende hasta la membrana
citoplásmica. En la base del flagelo se encuentran las proteínas motoras que anclan el
flagelo a la membrana y lo hacen girar a medida que regresan protones al citoplasma.
Las prots de conexión controlan el sentido de rotación del flagelo en respuesta a agentes
quimiotácticos.
Los anillos:
El anillo L se encuentra inmerso en la membrana externa.
El anillo P se encuentra entre mureína y la membrana externa.
El anillo S en el peptidoglicano.
El anillo M en la membrana citoplasmática.
Debajo están las proteínas motoras.
El motor de movimiento funciona por dos proteínas situadas en los anillos M y S:
En estado fosforilado, los anillos giran en sentido de las agujas del reloj y se
oponen al sentido de giro de la espiral de flagelina; se contorsiona, y la
bacteria se mueve libremente (movimientos al azar).
En estado no fosforilado, gira en el sentido contrario a las agujas del reloj,
favorece el apretamiento de la espiral y empuja la bacteria en movimiento de
hélice y la dirige en una dirección definida
La presencia de una sustancia quimiotáctica hace que esté más tiempo
desfosforilado que fosforilado, por lo que la bacteria se mueve libremente.
Las bacterias tienen distintos tipos de flagelación:
1. flagelación polar: un flagelo en el extremo.
2. flagelación bipolar: un flagelo en cada extremo.
3. flagelación lofotrica: en penacho.
4. flagelación anfitrica: grupos en penacho.
5. flagelación peritrica: flagelos alrededor de la bacteria.
Motilidad bacteriana: las bacterias se mueven por quimiotaxis, hacia sustancias
nutritivas y alejándose de sust nocivas. En ausencia de agentes quimiotácticos, una
bacteria nada durante 1 seg , gira de forma aleatoria durante 0,1 seg y después nada
otro segundo en el sentido en que se haya reorientado tras girar. Como el sentido que
sigue después de girar se genera en forma aleatoria, no hay desplazamiento neto de la
bacteria. En presencia de una agente quimiotáctico, la bacteria continúa alternando
entre la natación y la rotación, pero nada por periodos más prolongados en dirección
al quimioatrayente. Esto ocasiona que la bacteria presente un desplazamiento neto
hacia el atrayente.
Los flagelos de las bacterias difieren de los que tienen las eucariotas. Los eucarióticos
están formados por tiras de tubulina que siguen un patrón 9+2. El bacteriano es una
hélice de unidades repetidas de flagelina. El flagelo no golpea n hace ondulaciones,
más bien es una hélice rígida que gira como una hélice.
ADHERENCIA BACTERIANA: estructuras de 3 tipos:
1. fimbrias: implicadas en adherencias a sustratos, lo que permite su
colonización. Tienen un diámetro de 4-8 nm, y una longitud de 2-5 micras.
Puede haber varios centenares de fimbrias por bacteria. Son especialmente
frecuentes en gram negativas y suelen acumular moléculas específicas
llamadas adhesinas, que generalmente reconocen estructuras sacarídicas
(esta adherencia es específica de azúcares e inhibida por azúcares).
Algunos tipos de fimbrias están directamente asociadas a su capacidad de
producir infecciones urinarias. Un ejemplo, la E. Coli.
2. curli: es un variante de las fimbrias que se agrupan en haces de 100 nm, con
un diámetro de 2-4 nm y una longitud de 2-5 micras. Se observaron en E.
Coli y salmonella. Se expresan fundamentalmente en la fase estacionaria del
ciclo celular de la bacteria.
3. pelos o pili sexuales: implicados en procesos de transferencia genética
horizontal entre bacterias (conjugación bacteriana). Con un diámetro de 4-8
nm y una longitud de 2-6 micras, son de codificación plasmídica y están
presentes mayoritariamente en bacterias gram negativas. Pueden aparecer
entre 1-10 por bacteria.
PLÁSMIDOS:
Son fragmentos de material genético de extracromosomas (independientes de los
genóforos). Son fragmentos circulares similares al cromosoma bacteriano pero de
menor tamaño.
Constituyen un replicón independiente: es una molécula de ADN capaz de
replicarse de forma independiente. Son estructuralmente distintos del origen de
replicación del cromosoma bacteriano.
ORI C : de origen bacteriano, no presente en plásmidos.
ORI P: de origen plasmídico.
Que el plásmido se replique sin necesidad de que se replique el cromosoma
conlleva que:
una bacteria puede tener un cromosoma y dos plásmidos y por tanto,
puede transmitir uno de ellos. Los plásmidos codifican resistencias a
antibióticos, toxinas, algunas fimbrias.. que se expande al resto de
bacterias y aumenta su supervivencia.
Permite atacar a bacterias específicamente en la replicación del plásmido
sin afectar a la flora bacteriana normal. Supone para nosotros una ventaja
si conseguimos inhibir el plásmido, así si la célula se divide, la
proporción de células portadoras de plásmido disminuye en la población.
GRÁNULOS CITOPLASMÁTICOS:
Son acúmulos de sustancias de reserva que están en el citoplasma. Pueden ser de
carbono para la síntesis de sustancias orgánicas o de energía para el metabolismo.
1. reservas de carbono (C): esta reserva se genera cuando hay bajo pH o pocos
nutrientes en algunos casos. Se presentan como acúmulos de polihidroxibutírico
(PHB) o como polímeros de glucosa (glucógeno, igual que en eucariotas
animales, y almidón, como en vegetales)
2. reserva de energía: se presenta como acúmulo de polifosfato (en gránulos de
volutina). Los gránulos de volutina se caracterizan por ser metacromáticos
(presentan un color distinto al del colorante añadido al añadir azul de metileno)
La energía se consigue rompiendo los enlaces fosfato.
NO ME ENTERO MUY BIEN DE la PARTE qye sigue ahora, pero no es
problema de apuntes….
ENDOSPORA BACTERIANA, ESPORULACIÓN:
Se trata de una forma de resistencia bacteriana que las bacterias utilizan cuando
las condiciones son adversas. Es un almacén inerte de la información genética
bacteriana. La endospora puede estar aislada de la bacteria, pero siempre se forma en el
interior de células vivas (no es una estructura propiamente bacteriana).
Es la principal forma de resistencia de la bacteria. Cuando la célula productora
se muere, ésta permanece. Cuando las condiciones son mejores, la endospora se reactiva
y crea la nueva célula.
En general, no ayuda al funcionamiento de la bacteria sino que se hace para que
sobreviva ante la falta de nutrientes, condiciones ambientales adversas… Al detectarlo,
se inicia la esporulación; se genera en la célula madre, ésta se muere y libera la
endospora al exterior; el proceso consiste en:
1. replicación del genoma
2. invaginación de la membrana citoplasmática
3. se forman dos estructuras bacterianas
4. una de las estructuras comienza una “fagocitosis” envuelve a la otra con
su membrana
5. se forma una preespora, rodeada de una doble membrana lipídica
6. se produce una salida de agua y una entrada de dipicolinato cálcico
(ácido dipicolínico), queda ADN casi sin agua y unido a dipicolinato y a
ribosomas. Esto lo hace muy resistente a la desnaturalización térmica, al
quelante…
7. entre las dos membranas se forma una pared de mureína, sin tantos
puentes cruzados (debido a la presencia de algunos enlaces de tipo
lactánico que impiden la formación de los puentes cruzados), menos
rígida que la de la célula vegetal.
8. se forma la “cutícula proteica” constituida por quitina y exina, muy rica
en aminoácidos apolares que hacen que la endospora sea muy
impermeable. Ello le confiere cierta resistencia a la desecación.
9. se libera la endospora conocida en este momento como “exospora”?,
recubierta aún con restos de la célula.
10. cuando recibe información de que las condiciones son buenas, la
endospora capta agua, rompe la pared e inicia el ciclo de replicación
(programa opuesto a la esporulación, que es la germinación), la
endospora capta agua, se hincha, aumenta su tamaño, rompe la cutícula y
la corteza, sintetiza mureína y entra en un nuevo ciclo.
Según Tania… No está mal, es la forma resumida!!
Se replica el ADN. La membrana se invagina y forma dos contenidos de ADN rodeados
de membrana que son independientes pero con la misma pared. La membrana rodea
solo a un ADN y se forma la preespora. Sale agua y entra dipicolinato y se forma la
capa de mureína entre las dos membranas (la pared de la espora). A la pared de la
espora se le llama corteza de la espora. Por encima se pone la cutícula o envoltura
proteica con aa apolares que le da impermeabilidad. La célula muere y la espora
permanece rodeada de una cubierta externa que proviene de los restos de la célula que
murió (exospora). El dipicolinato cálcico estabiliza el ADN.
La endospora se constituye por ADN, dipicolinato cálcico, poco agua, membrana
recubierta por mureína, por encima la cutícula proteica y luego el exosporio.
11/10/2007
FISIOLOGÍA BACTERIANA.
La bacteria tiene que mantener una estructura organizada y sintetizar biomasa,
por lo que necesita aporte energético de su entorno, que utiliza en el metabolismo
bacteriano y que le permite obtener más energía para sintetizar más biomasa.
El metabolismo bacteriano incluye el catabolismo (reacciones encaminadas a la
obtención de energía) y anabolismo (reacciones encaminadas a la formación de
moléculas). En microbiología, el metabolismo se divide en:
reacciones de mantenimiento= catabolismo
reacciones de biosíntesis= anabolismo.
Las reacciones de mantenimiento permiten la supervivencia de la célula y
facilitan los compuestos necesarios para el crecimiento.. Son necesarias para la
producción de energía y la obtención de poder reductor que ofrecen este tipo de
procesos. Existen 12 metabolitos intermediarios que a través de las rutas metabólicas
pueden formar toda la biomasa.
NUTRICIÓN BACTERIANA:
Se suelen clasificar por:
su necesidad
su utilidad
su cantidad
Por su utilidad se incluyen aquellos nutrientes de síntesis de metabolitos,
producción de energía y para el mantenimiento del equilibrio osmótico.
Por su necesidad, tenemos:
Obligados: son obligados a tomar en el entorno.
Facultativos: sólo se toman del entorno si no los tiene de por si.
Por su cantidad también existen 2 tipos:
Macronutrientes: necesarios en grandes cantidades.
Micronutrientes: necesarios en pequeñas cantidades.
NUTRICIÓN BACTERIANA:
Las bacterias necesitan energía y carbonos para la síntesis de biomasa. Según las
fuentes de cada componente las bacterias se clasifican en:
1. Según su fuente de energía en:
a. Fototrofa: tienen la luz como fuente de energía, suelen ser bacterias con
poca importancia como agentes patógenos.
b. Quimiotrofa: obtienen energía mediante reacciones de oxidación. Se
subdivide en:
i. Litotrofa; si oxidan material inorgánico.
ii. Organotrofa: si oxidan material orgánico.De mayor importancia.
2. Según su fuente de carbono:
a. Autotrofa: fijan carbono inorgánico, CO2, y lo añaden a moléculas
fotosintéticas. No importantes.
b. Heterotrofas: usan como fuente de carbono materia orgánica
preformada. Importantes.
3. Se requiere un aceptor final de los electrones. Según esto se clasifican en:
a. Aerobio: el aceptor final es el oxígeno. Su metabolismo es siempre
respiratorio.
b. Anaerobio: cuando el aceptor final es cualquier otra molécula distinta
del oxígeno. Su metabolismo puede ser respiratorio o fermentativo.
TIPOS DE TRANSPORTE:
Los nutrientes se encuentran fuera de la célula y su medio interno está aislado.
Necesita sistemas de transporte para interiorizarlos, estos sistemas se clasifican según su
consumo en dos grandes familias:
1. transporte pasivo, sin consumo de energía: sólo funcionan a favor de gradiente.
También se conoce como difusión, puede ser de dos tipos:
a. simple: moléculas solubles en la membrana que son capaces de
atravesarla: O2, CO2, glicerol, agua.. No necesitan moléculas
transportadoras, por lo que sus mecanismos de transporte no son
saturables; la velocidad de la difusión dependerá del gradiente.
b. Difusión facilitada: a través de permeasas que permiten atravesar la
membrana sin consumo de energía, es saturable por requerir moléculas
de transporte.
2. transporte activo, con consumo de energía: el transporte se puede realizar en
contra de gradiente, puede ser:
a. transporte activo primario: directamente asociado a ATPasas.
b. Transporte activo secundario: asociado a gradiente de protones (H+) y
la fuerza electromotriz generada por estos.
Este transporte activo secundario puede ser a su vez:
Uniporte: asociado con tte de catión-anión.
Simporte: asociado con tte de anión o sust neutra.
Antiporte: asociado con tte de catión o sust neutra.
3. dentro también del transporte activo encontramos la translocación del grupo,
que no genera gradiente. Es exclusivo de bacterias. Consume energía pero no
genera gradiente, lo que toma del exterior no es lo mismo que introduce, lo
modifica químicamente en el proceso de transporte. Por ejemplo, es el transporte
de los azúcares o monosacáridos para la producción de energía. La glucosa es
transformada en glucosa-6-P, se añade el fosfato para no producir gradiente.
Es un sistema importante porque también está implicado en la regulación
metabólica. Ej: el sistema de la fosfotransferasa.
El sistema de traslocación es relativamente complejo y está formado por 2 partes: una
parte específica para la molécula transportada y una parte común.
- El proceso se inicia con el fosfoenolpirúvico que genera ATP y libera pirúvico.
Es la molécula más energética que hay en las células (La única que genera ATP
por fosforilación). Cede su fosfato a varias enzimas. La última de ellas es la
proteína rica en histidina (HPR) que lo transfiere al enzima 2. Las permeasas que
están unidas al azúcar que queremos transportar cambian su conformación
citoplasmática y el enzima 2 la reconoce. A cotinuación se fosforila y se acopla
a las permeasas de transmembrana transfiriendo el fosfato asociado al azúcar
que entra en el momento de transporte: la enzima 2 se puede acoplar al
transportador. Si el transporte es eficaz, predomina la enzima 2 sin fosforilar
porque lo transfiere a los azúcares (sea cual sea). Si no se transportan azúcares
predomina el enzima 2 fosforilado que incrementa la actividad adenilato ciclasa
y se inicia la producción de AMPc.
METABOLISMO BACTERIANO (II).
Es el conjunto de reacciones químicas, que pueden ser de 2 tipos:
1. reacciones de mantenimiento (“catabolismo”); sus funciones son:
a. mantener viva a la célula.
b. Producción de energía.
c. Generación de poder reductor.
d. Generación de metabolitos intermediarios.
2. reacciones de crecimiento (“anabolismo”); incluyen:
a. Biosíntesis: generación de macromoléculas (aa, azúcares, ács. Grasos).
b. Polimerización: generación de macromoléculas.
c. Ensamblaje: varias moléculas se unen (como los ribosomas).
REACCIONES DE MANTENIMIENTO:
Las células pueden oxidar gran cantidad de sustancias. Las bacterias de interés sanitario
obtienen energía de azúcares (glucosa), α-cetoácidos.
RUTAS OXIDATIVAS DE LA GLUCOSA:
Son aquellas que permiten utilizar glucosa como combustible por 3 rutas
metabólicas:
1. ruta de Embdern-Meyerhoff: con formación de ácido pirúvico, ATP, NADH,
protones y agua.
a. Glucosa + 2ADP + 2 NAD+ +2Pi→2 pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2
H+ + 2 H2O.
2. ruta de Entner-Doudoroff: igual a la anterior pero con menos producción
energética de ATP(menor rendimiento que se da en ciertas bacterias).
a. Glucosa + ADP + 2 NAD + Pi → 2 pirúvico + ATP + 2 NADH + 2 H+ +
H2O.
3. ruta de las pentosas: con formación de CO2 y protones.
a. Glucosa + 12 NAPD + 6 H2O → 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+.
17/10/2007
La célula necesita algún sistema para regenerar NADH+H+ en NAD para poder captar
electrones de nuevo. Los electrones almacenados ene. NADH pasan a “otro sitio”. Si no
existe otro sitio que no sea lo que se metaboliza, ¿qué hace?
Una manera de recuperar electrones en una molécula es dárselos a otro átomo de
esa misma molécula; y en esto consiste la fermentación, que se produce cuando no hay
aceptor externo o agregador de electrones.
En este tipo de rutas fermentativas, la glucosa pasa a ácido pirúvico cediendo
electrones al NAD que pasa a NADH+H+. El ácido pirúvico, a su vez, transfiere
electrones del carbono más oxidado, que es el carboxilo, a otros átomos y se reduce
tomando electrones del NADH+H+.
Cada bacteria realiza ciertas y no todas las rutas fermentativas. Gracias a los
productos de fermentación puedo reconocer a las bacterias. Así, un producto de
fermentación puede producir efectos patogénicos en el ser humano, por ejemplo, la
caries que viene producida por el ácido láctico.
Por esta ruta, de un glucosa se obtienen 2 ATP (no es mucho rendimiento
energético). Las que pueden realizan la respiración, cuando son capaces de usar otra
molécula distinta a la que está oxidando para transferir electrones, es decir, un aceptor
externo de electrones. El pirúvico se sigue oxidando por el ciclo de Krebs. Entra en
forma de Acetil-CoA y produce: 4 NADH, 1 FADH2, y 1 GTP. Como cada molécula de
glucosa forma 2 pirúvicos, se producen en total, 6 moléculas de CO2 (que resulta ser la
oxidación máxima de la glucosa).
Los electrones almacenados en el NADH se transfieren por la cadena de
transporte electrónico y fosforilación oxidativa que se produce en eucariota en la
membrana interna de las mitocondrias; en bacterias, se produce en la parte interna de la
membrana citoplasmática. Ésta tiene un conjunto de proteínas que se encargan de
transferir los electrones a distintos tipos de moléculas hasta el aceptor final. En cada
paso se bombean 2 electrones al exterior; en todo el proceso se acaban bombeando 3
pares de protones y se termina generando un gradiente de H+.
En la membrana citoplasmática existen un enzima, la ATP fosfohidrolasa, a la
que se asocian 2 funciones:
1. permite el paso de protones (del interior al exterior) ayudando a reducir
el gradiente, por lo que se libera energía.
2. une un grupo fosfato al ADP para generar ATP. Por cada par de H+ a
través de la fosfohidrolasa se genera 1 ATP.
Para que una molécula tome electrones de otra molécula debe tener más
afinidad por los electrones que la molécula precedente. El FADH2 tiene mayor afinidad
por los electrones, los agarra con más fuerza que los primeros transportadores de la
cadena, así que el electrón entra en un punto medio, por tanto, sólo bombea 2 pares de
electrones.
En la fermentación se forma ATP por fosforilación a nivel de sustrato. En la respiración
tras la fosforilación a nivel de sustrato ocurre la fosforilación oxidativa (transporte
electrónico) con la cual se genera también ATP.
Las bacterias son de dos tipos:
Aerobio: el receptor final de la molécula oxidada es el oxígeno.
Anaerobio: el receptor final de la molécula oxidada es cualquier otra
molécula que no sea el oxígeno: hierro, azufre, ácido málico, sílico,
fumárico…
Las cadenas de respiración anaerobia no bombean el último par de
protones debido a que no tiene tanta afinidad por los electrones y no
tiene transportador.
Las reacciones metabólicas que utilizan las bacterias se resumen en: reacciones para la
obtención de energía, las reacciones que generan poder reductor y las reacciones del
metabolismo intermediario.
Las reacciones de mantenimiento tienen tres objetivos:
- Obtención de poder reductor: en la biosíntesis de moléculas orgánicas. Las
generadoras de poder reductor producen moléculas capaces de almacenar
electrones (NAD, NADP, FAD) En teoría, aunque cualquier tipo de estas
moléculas pueden hacerlo, en la cadena de electrones entran NAD, NADP y
FAD. La mayor parte de las reacciones usan, de forma mayoritaria, NADP para
las rutas biosintéticas en la generación del poder reductor. En la ruta de las
pentosas se genera un poder reductor equivalente a un NADPH.
- Obtención de metabolitos intermediarios: Las reacciones del metabolismo
intermediario se dedican a la síntesis de productos intermedios participantes en
estas reacciones, se trata de metabolitos que por interacción, pueden generar
moléculas equivalentes. Son un total de 12 metabolitos pero no todos los libros
consideran los mismos debido a su capacidad de transformación de unos y otros.
o Glucolisis: G6P (glucosa-6-P), F6P (fructosa-6-P), DHAP, 3PG, PEPP,
PYR.
o Pentosas: R5P, E4P.
o Ciclo de krebs: AcCoA, α-cetoglutárico, succinil-CoA, OAA…
-
Producción de energía.
Dentro de las reacciones de producción de energía, encontramos…
β-OXIDACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS:
Es la principal fuente de energía después de los azúcares. Se libera en ella Acetil-CoA.
Va cortando la cadena de carbonos del ácido graso de dos en dos. El Acetil-CoA entra
en las rutas de oxidación a través del ciclo de Krebs.
Se oxida el carbono β de la cadena (el 2º carbono a partir del grupo acilo) Los ácidos
grasos se oxidan perdiendo pares de átomos de C en forma de Acetil-CoA y genera un
NADH y un FADH2 por cada par.
Por Tania… muy sintético, bien!!
Los ácidos se oxidan en el extremo final liberándose acetil-CoA (compuestos de 2
átomos de carbono). En el ciclo de Krebs entra el acetil-coa (el piruvato también debe
transformarse en acetil-coa para entrar en el ciclo).
CICLO DE GLIOXILATO:
Cuando la bacteria está en dieta de ácidos grasos, usa una ruta metabólica alternativa, el
ciclo del glioxilato, que es un atajo en el ciclo de Krebs. El isocítrico se rompe en
succínico que sigue el ciclo de Krebs y el glioxilato da el ácido málico.
Cada vuelta del ciclo consume 2 Acetil-CoA; el isocítrico en vez de seguir con el
cetoglutárico va por la ruta del glioxílico, generando primero málico y más tarde OAA
(ácido oxalacélico) que se utilizan para introducir de nuevo e iniciar la oxidación de
Acetil-CoA. Consume 2 Acetil-CoA en cada vuelta y consigue una síntesis neta de
oxalacélico (OAA), que suele generarse en presencia de azúcares!!
La ruta de las pentosas es la que genera más poder reductor pues es la que obtiene mas
NADPH. El poder reductor es la capacidad para obtener electrones que pueden ser
llevados a otras moléculas.
CICLO DE KREBS: proporciona muchos metabolitos intermediarios biosintéticos
importantes. Esto plantea un problema para E.Colli y otras bacterias que crecen por
fermentación. Por eso, lo solucionan mediante una derivación del ciclo de krebs, el ciclo
de krebs dividido.
CICLO DE KREBS DIVIDIDO:
Cierta porción de bacterias fermentativas, en lugar de realizar el ciclo de Krebs
siguiendo el sentido de las agujas del reloj (rama oxidativa), lo hacen en sentido
contrario (rama reductora).
Rama oxidativa: se genera un NADH en la formación del Acetil-CoA y otro en
la formación del α-cetoglutárico.
Rama reductora: El pirúvico va por la reductora y consume un NADH y un
FADH2, es decir, consume todo.
Para Martina… la rama oxidativa la realizan en el sentido de las agujas del reloj hasta el
α-cetoglutárico (y dos pares de NADPH+). Hace también una rama reductora, en sentido
contrario a las agujas del reloj, generando oxalacético, málico, fumárico y succínico
consumiendo dos pares de electrones.
BIOSÍNTESIS:
Engloba la síntesis de moléculas biológicas.
GLUCONEOGÉNESIS:
Generación de azúcar a partir de ácido pirúvico. Puede dar glucosa-6P (pero la
transferencia del fosfato al fosfoenolpirúvico desde ATP es difícil. No se puede pasar el
fosfato al fosfoenolpirúvico porque éste tiene más energía). El último paso de la
glucólisis no es reversible por lo que se usa oxalacético y se consumen 2 ATP en el
proceso pirúvico → oxalacético → fosfoenolpirúvico (PEP).
Resumen: Consiste en la transformación de piruvato en glucosa. El paso de piruvato a
PEP consume 2 ATP.
SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS.
Lo opuesto a la β-oxidación. El crecimiento de la cadena del ácido graso se hace
introduciendo 2 carbonos de cada vez. Para generar cadenas de carbonos impares se
necesita un cebador.
Resumen: Proceso inverso a la beta oxidación. Se van añadiendo a una cadena, pares de
carbonos en forma de acetil-CoA.
SINTESIS DE AMINOACIDOS:
La principal ruta oxidativa es la α-transaminación: un α-aa reacciona con un αcetoácido y se obtienen los inversos. La aminación reductora consiste en que un αcetoácido se amina y con el poder reductor pasa al aa correspondiente. Existe una
reacción inversa a la aminación reductora, se elimína el ión NH3 del α-aa y se libera el
α-cetoácido. A esto se le conoce como desaminación oxidativa.
Según Martina: cualquier aa se puede sintetizar por α-transaminación. El problema es
que para generar un aa se destruye otro. Es decir, el número total de aa no aumenta en la
célula. En la aminación reductora, el α-cetoácido incorpora un ión amonio (como un
grupo amino extra) con consumo de NAPDH para generar el aa correpondiente. No se
realiza en solo paso. Se una un enzima con afinidad por el ión amonio.
Espacio para esquemas.
Existe también desaminación oxidativa. El aa pierde el grupo amino y cede fosfato al
NADP y genera el α-ácido correspondiente, por ejemplo, oxalacético a partir de
aspártico. Esta es la forma de generar cetoácidos que pueden entrar en las rutas
oxidativas no aa como forma de tiempo..???
RESUMEN:
Hay 3 procesos para la producción bacteriana de electrones: respiración aerobia,
respiración anaerobia y fermentación.
En la respiración aerobia se obtiene NADH (forma reducida) y los equivalentes
reductores formados son donados a citocromos de la membrana citoplasmática y el
oxígeno es el aceptor final de electrones. Al desplazarse a través de la membrana
citoplasmática, los protones generan una fuerza electromotriz que estimula a una
ATPasa que transforma el ADP en ATP.
La respiración anaerobia es similar a la anterior con excepción de que los citocromos
son distintos y donan los electrones a una molécula inorgánica (sulfato, nitrato, nitrito o
carbonato)
La fermentación es el metabolismo eficiente. La glucosa se transforma en piruvato, el
NADH se recicla a NAD y el piruvato lo hace a cualquiera de los diversos ácidos
orgánicos, y este ácido sirve como aceptor final de los electrones.
RESPIRACIÓN AEROBIA.
En el ciclo de Krebs se reducen los equivalentes (NAD a NADH+H+ y FAD a FADH2).
Los equivalentes reducidos donan electrones al sistema de citocromos (cadena de
transporte electrónico) en donde se crea un gradiente protónico (los hidrogeniones van
al exterior celular y luego vuelven a favor de gradiente).
Los electrones pasan a través de una serie de citocromos cada vez más electropositivos,
el citocromo final dona sus electrones al oxígeno y la corriente generada por este
transporte de electrones se utiliza para bombear fuera los hidrogeniones, cuyo retorno
activa a la ATPasa y se sintetiza ATP.
Por cada NADH, regresan 3 hidrogeniones, se generan 3 ATP.
Por cada FADH, regresan 2 hidrogeniones y se generan 2 ATP.
En la respieración aerobia se obtienen por tanto 38 ATP. A parte de la glucolisis, los
aerobios pueden seguir la ruta de las pentosas o la ruta de Entner-doudoroff. Los seres
humanos no pueden vivir sólo de acetato porque en la biosíntesis son necesarios
compuestos de 4C procedentes del ciclo de Krebs. Para ello el ciclo del glioxilato
asegura que haya suficientes C disponibles para que el ciclo de Krebs continúe y la
única fuente de C es el acetato. Los intermediarios del ciclo de Krebs son utilizados en
la biosíntesis, el ciclo del glioxilato repone esos intermediarios.
RESPIRACIÓN ANAEROBIA.
Similar a la aerobia, sin embargo, el aceptor final no es el oxígeno.
FERMENTACIÓN.
Llevada a cabo por microorganismos anaerobios. El NADH debe transformarse en NAD
si no el ciclo se detiene. En este proceso se puede obtener lactato, etanol, ácido
acético…
DÍA 18/10/2007
SÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS:
a) El anillo de purina se cierra sobre la ribosa preformada.
En las pirimidínicas primero se sintetiza el grupo pirimidínico y luego se
realizan las modificaciones oportunas.
b) Se sintetizan los nucleótidos a partir de nucleósidos (añadiendo un fosfato al
carbono 5??)
c) Se necesita ácido fólico como coenzima para la síntesis de nucleótidos porque
participa en las mutilaciones de las bases (es un transportador de metilos). Las
células procariotas sintetizan el ácido fólico por sí mismas.
Las sulfamidas (el primer grupo antimicrobiano) inhiben la ruta biosintética del
ácido fólico.
SÍNTESIS DE POLISACÁRIDOS:
El azúcar se activa metabólicamente por unión de UTP, que libera un fosfato libre (Pi),
quedando UDP al azúcar. Esto provoca la ruptura de un enlace UDP y permite la unión
glucosídica de los 2 azúcares.
Es decir, tenemos 2 azúcares iniciales por separado, cada uno de ellos con un UDP. Al
reaccionar, se libera un UDP y se forma un polisacárido con un UDP unido. Esto tiene
lugar en el citoplasma bacteriano.
Sin embargo, el glucocalix y los glucopéptidos de gram – están en el exterior de la
membrana citoplasmática. La reserva de azúcares está en el interior celular, por lo que
para sintetizar polisacáridos en el exterior de la célula, los monómeros tienen que llevar
su energía para formar el enlace porque fuera no hay, y por eso, llevan un UDP unido.
Dado que no hay energía fuera de la célula y las gram – tienen pared externa, salen por
las porinas.
SÍNTESIS DE FOSFOLÍPIDOS.
Los fosfolípidos se sintetizan por esterificación de ácidos grasos con glicerol fosfato.
POLIMERIZACIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS PARA SINTETIZAR ÁCIDOS
NUCLEICOS.
Pueden producirse de dos formas distintas:
a) Transcripción: síntesis de ARN usando ADN como molécula molde
b) Replicación: síntesis de ADN usando ADN como molde. Los virus forman ARN
usando ARN. Y también son capaces de formar ADN a partir de ARN.
TRANSCRIPCIÓN.
En el proceso de transcripción actúa la ARN-polimerasa, que une nucleótidos trifosfato
al extremo 3’ libre de otro nucleótido. La dirección de la transcripción es de 5’→3’ (así
es la formación de la cadena nueva). La cadena molde, por su parte, se lee en sentido
3’→5’.
El ADN procariota está en forma de cromatina, no compactado, por lo que está siempre
disponible. Las bases tiene que separarse mediante proteínas (helicasas,
topoisomerasas…) Una vez abierto se une una unidad de sigma (σ) de la ARNpolimerasa a los promotores de la transcripción (zonas específicas). Luego se une a la
fracción enzimática de la ARN-polimerasa y empieza la adición de los nucleótidos al
extremo 3’ (independientemente de que el nucleótido esté libre o unido a una cadena
preformada). Llega a secuencias marcadoras, a partir de ellas genera regiones
autocomplementarias, el ARN forma un lazo, lo separa y termina la transcripción.
Al formarse las regiones autocomplementarias, éstas desestabilizan a la ARNpolimerasa y ésta se acaba separando (termina así la transcripción).
El ARNm procariota tiene una vida media muy corta, de hecho, son capaces de renovar
el contenido total de ARN de la bacteria en cuestión de minutos u horas.
REPLICACIÓN.
Empieza siempre en un punto definido del genóforo (ori C, en el caso de la E.Colli),
punto que está próximo o unido a la membrana citoplasmática en aquellas regiones de
membrana asociadas a la separación de genóforos hijos (los mesosomas septales).
Es bidireccional. Las topoisomerasas, girasas… tienen que abrir el ADN (la
burbuja/horquilla de replicación) para permitir la unión de las enzimas ADNpolimerasa, que se encargan de unir nucleótidos.
La ADN polimerasa une un nucleótido trifosfato a una cadena de nucleótidos
preformada, más o menos larga. La ADN polimerasa requiere esa cadena porque es
incapaz de unir un nucleótido a otro libre (de novo). Por tanto, el proceso de replicación
se inicia con un proceso de minitranscripción con la participación de la ARN polimerasa
(puede unir 2 nucleótidos sueltos colocando el cebador). Una vez formada la cadena
corta de oligorribonucleótidos, la ADN polimerasa puede unir al extremo 3’ un
desoxirribonucleótido.
La cadena antiparalela (la que va en otro sentido) llega a un punto en el que queda
bloqueada y se ve abierta en burbujas. Se va formando a través de la generación de los
fragmentos de Okazaki. Entonces, la ADNpolimerasa I, que une nucleótidos y tiene más
funciones, también tiene actividad exonucleasa 5’→3’, corta nucleótidos del extremo 3’
de una cadena de ARN y va asociando un desoxirribonucleótido. Luego la ligasa une los
nucleótidos, los fragmentos de Okazaki.
Hay también bacterias eucariotas que tienen ADN lineal, no circular.
Un error en la replicación implica mutación en la mitad de la descendencia por lo que
la replicación tiene que ser algo muy controlado.
La frecuencia real de mutación en bacterias es de 10-10 aunque por estudios posteriores
se pensó que era del 10-2 (uno de cada 100). la ADN polimerasa se une mejor a citosina
cuando su cadena molde es de guanina, en vez de adenina. Esto lleva a una frecuencia
de error a 1/100000 (10-5).
La otra actividad de la ADN polimerasa es de ADN exonucleasa 3’→5’. Si se introduce
un nucleótido incorrecto hay como un bulto que impide el paso de la ADN polimerasa.
La actividad exonucleasa corta el nucleótido que no concuerda y lo cambia. Esto lleva
la frecuencia de mutaciones a 1/10.000.000 (10-7).
En el proceso de replicación, los sistemas de control bacterianos revisan la cadena ya
formada. Si hay apareamiento, el sistema reacciona, revisa estos puntos y corta la
secuencia. La elimina y vuelve a sintetizar el fragmento a partir de la cadena molde (lo
replica) y lo coloca en su sitio. Esto consigue elevar la frecuencia de error a 10-10.
La rec reconoce la mutación. La exonucleasa corta las secuencias próximas a la
mutación. Los sistemas de replicación se encargan de la reparación.
¿Cómo saben los sistemas que tienen que cortar la cadena nueva y no la otra? Porque la
cadena nueva aún no está metilada y la original sí lo está.
TRADUCCIÓN.
Es la síntesis proteica propiamente dicha. Es similar a las eucariotas desde el punto de
vista funcional, aunque químicamente con distintas, por lo que se distinguen estructuras
capaces de interaccionar con los ribosomas procarióticos y no con los eucarióticos.
En el proceso de traducción se produce:
activación de aa por la unión al ARNt (que conlleva consumo de ATP).
iniciación: unión de ARNm con 30s ribosómico. Se une el primer aa con un
codón de iniciación como AUG (formil-metionina) ya que todos los péptidos en
procariotas empiezan con formil-metionina. De hecho, el sistema de defensa de
los eucariotas reconoce los formilpéptidos como activadores del sistema
inmunitario innato.
o Luego se une a la subunidad 50s con dos puntos activos: el sitio P (de
péptido) y el sitio A (de aa). El ARNt se deja en el sitio P.
Elongación: se une en el sitio A un ARNt con su aa. El aa unido al ARNt en P se
transloca al A y se forma el enlace peptídico, es decir, se produce la
translocación del ribosoma. Se libera P que es ocupado por el péptido que se está
formando y se libera luego A. Se añade el tercer aa y así sucesivamente.
Terminación: El codón de terminación UAA provoca la última translocación y el
proceso se termina. Este codón no se corresponde con ningún ARNt con un
anticodón complementario. El ribosoma se desplaza y como la cadena proteica
que se ha sintetizado no tiene a qué fijarse, queda libre.
DIFERENCIAS ENTRE EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS EN LA
REPLICACIÓN.
En procariotas, la transcripción y la traducción pueden ser simultáneas. En eucariotas
esto no es así:
EUCARIOTAS:
Transcripción
Sale del núcleo (cola del poli-A)
Maduración (con eliminación de intrones)
Traducción.
PROCARIOTAS:
Nucleoide con ADN→ARN.
El ARN no tiene que salir del núcleo ni madurar, por ello la transcripción y la
traducción pueden ser simultáneas. El ADN procariota no tiene intrones por lo
que no tiene que madurar.
FORMACIÓN DE LA PARED BACTERIANA.
Se forma NAG-NAM-pp-PP-bactoprenol. En caso de gram + se unen los aa donados
por el ARNt formando mureína para salir de la membrana citoplasmática hacia la pared.
Para crecer la pared tienen que estar cortándose las cadenas de mureína y pegándose
constantemente. Esto lo hacen las autolisinas que cortan mureínas para poder poner una
nueva unidad de mureína. Se une la mureína a mureína-NAG… formando Ppbactoprenol.
FORMACIÓN EN CITOPLASMA DE NAG Y NAM-pp.
Voy a esperar a ver qué tiene Tania aquí.. en Martina página 16!!!
FORMACIÓN DE LA PARED BACTERIANA.
N-acetilglucosamina se une a un pentapéptido (aa-aa-aa+ D-ala+D-ala). Se forma Nacetilmuránico.
El pentapéptido se une al P-bactoprenol de la membrana de la bacteria. Se forma
entonces NAM-pp-PP-bactoprenol. En esta cara interna de la membrana se une UDPNAG y se forma NAG-NAM-pp-PP-bactoprenol.
En caso de gram positiva, se une la cadena de aa intermedia para establecer los enlaces
indirectos. Esto no ocurre en las gram negativas.
Las autolisinas abren en algunos puntos y la unidad de mureína que queda libre se añade
al punto de corte. Esto permite crecer a la pared. Esta reacción se denomina
transglicosilación. Queda PP-bactoprenol que va a perder un fosfato quedando de nuevo
P-bactoprenol para poder iniciar de nuevo este proceso.
Ahora se forma el puente cruzado entre las cadenas de péptidos. Para esto requiero
ATP. En enlace D-alanina-D-alanina es muy energético, su ruptura genera electrones
suficientes para formar el enlace entre alanina y el tercer aa. A esto se le conoce como
transpeptidación. La carboxipeptidasa elimina las D-alaninas sobrantes, pues no todos
los pentapéptidos participan en este proceso, deben ser eliminados para que sólo queden
los tetrapéptidos. El pentapéptido siempre tiene dos D-alaninas en su extremo final.
DÍA 24/10/2007
REGULACIÓN DEL METABOLISMO!!
las bacterias secretan exoenzimas que rompen los nutrientes que están en el exterior y
los transforma en componentes más pequeños. Por mecanismos de transporte entran en
el interior celular, van a las vías metabólicas para realizar el mantenimiento, biosíntesis,
ensamblaje y/o fermentación.
El metabolismo bacteriano necesita reguladores para utilizar con eficacia moléculas que
tiene.
ENZIMAS
Las bacterias intentan obtener el máximo rendimiento de materia y energía de su
entorno. Todas las reacciones metabólicas tienen una actividad compatible con la vida
gracias a los enzimas. Los enzimas pueden ser:
1) Enzimas constitutivas.- Se sintetizan de forma más o menos constante a lo
largo de la vida.
2) Enzimas inducibles.- Sólo se sintetizan cuando son necesarias, según las
condiciones del entorno.
Las acciones del metabolismo regulan la acción de los enzimas, sobre todo, de las
enzimas constitutivas.
MODIFICACIONES DE LA ACTIVIDAD DE ENZIMAS CONSTITUTIVAS.
Enzimas constitutivas
La regulación de las enzimas constitutivas se basa en la modificación de su actividad
que puede ser por:
1) Alosterismo
Las enzimas presentan dos configuraciones alternativas con funcionalidad
distinta. Generalmente este cambio de conformación se produce como resultado
de la unión a otra molécula. Se une algo al enzima, el cual cambia su forma y
modifica su actividad (pasa de inactiva a activa o viceversa). El alosterismo
puede ser por:
a) Inducción
La enzima se hace más activa.
Ej.: lactato deshidrogenada, piruvatoquinasa.
b) Represión
La enzima pierde actividad, se inactiva.
Ej.: biosíntesis de sustancias.
La mayoría de las enzimas constitutivas utilizan rutas metabólicas y la mayoría
de sus mecanismos de regulación son por retroinhibición.
2) Modificación de la propia enzima
Se produce la modificación de la actividad normal del enzima por la presencia o
ausencia de grupos fosfato.
Ej.: el movimiento del flagelo (el movimiento es distinto si está fosforilado o
no), translocación de grupo (enzima 2 no fosforilada no hay actividad; enzima 2
fosforilada se produce: transferencia de fosfato a la glucosa y activación de la
adenilato ciclasa con lo que aumenta el AMPc).
Enzimas inducibles
Se regulan en la transcripción (operones) y el sistema de la regulación impide o permite
la transcripción del ARNm.
La regulación de la transcripción se produce por:
1) Proteínas que se unen al DNA
Según se unan o se sueltan activan o inhiben la transcripción. Pueden funcionar
por inducción o represión.
2) Atenuación
Es una interferencia entre la traducción y la transcripción. Funciona sólo en las
procariotas ya que en ellas la transcripción y la traducción ocurren
simultáneamente.
3) Regulación de la velocidad y de la realización de la síntesis proteica.
Se regula la síntesis de proteínas ribosómicas.
4) Alteración directa del ADN
Si se altera el ADN de forma irreversible después no podemos desregularlo.
Tiene que ser una regulación reversible.
Ej.: la variación de fase que es una alternancia entre dos formas distintas de
flagelina en la salmonella. También en las fimbrias de ----------????
Regulación por alosterismo
Es una retroinhibición por producto final (feedback negativo). Si hay mucho producto
se paraliza la síntesis. Puede ser por:
1) Retroinhibición simple
Una sustancia A por una serie de secuencias lineales produce el producto C.
C es el producto final que termina la ruta metabólica al inhibir la síntesis del
primer producto: inhibe a y no B).
Generalmente las rutas metabólicas no son tan simples.
2) Retroinhibición secuencial
Las rutas metabólicas están todas relacionadas debido a la presencia de
metabolitos comunes.
Son tres relaciones simples relacionadas. Si aumenta P1 se detiene el paso de C a
D; se produce entonces P2.
Las velocidades de inhibición no van a ser iguales por lo que se va a acumular C
al parar A o D. Así, C inhibe a A.
3) Retroinhibición concertada
La presencia conjunta de ambos productos (P1 y P2) directamente inhibe el paso
inicial, evitando la acumulación del producto intermedio (producto C).
4) Retroinhibición por enzimas isofuncionales
La parte final es simple pero el paso inicial hasta C puede ser catalizada por 2
enzimas alternativas, normalmente una más activa que la otra (E1 cataliza el
80%; E2 cataliza el 20% por ej.). Se acumula P1 y se detiene el paso al producto
D. El paso A  B  C sigue pero P1 no tiene que esperar a que aumente P2
sino que inhibe directamente una de las dos proteínas.
Operones (regulación de enzimas inducibles)
La principal característica del genoma procariota es que es policistrónico: un segmento
de ADN codifica varias proteínas estructurales, se transcribe a un ARNm que se traduce
a proteínas distintas…
Para que se transcriba un ADN es necesario una región promotora (para que se una la
ADNpolimerasa). Además los operones tienen junto a esta región promotora un
operador. Luego tienen los genes estructurales.
Un operón es un segmento de ADN que codifica varias proteínas funcionalmente
relacionadas y bajo un único control de transcripción.
Al operador se pueden unir unas proteínas que son las proteínas reguladoras de la
transcripción. Si la proteína no se une y el operador está libre se produce la
transcripción.
1) Represión
Normalmente la proteína no tiene lugar para interaccionar con el operador. Sin
embargo, tiene un lugar al que se une el corepresor. Al unirse el corepresor
provoca un cambio de conformación de la proteína haciendo que presente un
lugar de unión para el operador.
2) Inducción
Normalmente la proteína presenta un lugar de unión para el operador así que
inhibe la transcripción. También tiene un lugar de unión para el inductor.
Cuando el inductor se une a la proteína, ésta cambia su conformación perdiendo
el lugar de interacción con el operador y separándose de él. Así se activa la
transcripción.
Ejemplo: operón lactosa
Este operón regula el uso de la lactosa por la bacteria.
La proteína represora se usa de forma constitutiva (siempre), si se une al operador se
produce la inhibición.
- en ausencia de lactosa no se produce la transcripción ya que se sintetiza proteína
represora que se une al operador.
- en presencia de lactosa hay un inductor que se une a la proteína represora
impidiendo la unión de ésta al operador. Se produce entonces la transcripción.
Operones por atenuación
Son estructuras ligeramente distintas. Entre el promotor y los genes estructurales hay un
conductor o región reguladora que tiene 4 regiones de ARN complementarios: 1, 2, 3 y
4 que pueden formar horquillas de la siguiente manera:
- 1-2
- 2-3
- 3-4
Poseen una región E que codifica los enzimas necesarios para la síntesis de aa.
Además codifica un péptido conductor o péptido líder que no está relacionado con
actividades de síntesis de aa pero que es rico en aa. Así un operón que regula la síntesis
de histidina tiene que tener un péptido líder con un montón de histidina.
El operador por atenuación sólo funciona en rutas
sintéticas de aa, sólo funciona cuando los aa son necesarios
1) Mucho triptófano en la célula
Se produce la inhibición de la transcripción.
En procariotas la transcripción y la traducción tienen lugar simultáneamente. En
la transcripción la ARNpolimerasa se une al operón y funciona a 30-60
nucleótidos/sg; según se va formando ARNm se produce la traducción con los
ribosomas que trabajan a 10-20 nucleótidos/sg.
Mientras la ARNpolimerasa transcribe la región 3, la región 1 y 2 está ocupada
por los ribosomas por lo que no se puede formar ninguna horquilla. La
ARNpolimerasa transcribe más tarde la región 4 y se forma la horquilla 3-4 que
tiene la capacidad especial de parar a la ARNpolimerasa cuando se acaba de
transcribir la región 4. Así se inhibe la transcripción de los genes estructurales
que están a continuación.
2) Poco triptófano en la célula
Se transcribe la región 1 y es ocupada por ribosomas. La región 2 y 3 se
transcribe y forma una horquilla. La ARNpolimerasa no se para ya que no se
puede formar la horquilla 3-4. Así la transcripción de los genes estructurales
puede continuar.
3) En ausencia de síntesis de proteínas
Cuando no se sintetizan proteínas no son necesarios los aa por lo que la
ARNpolimerasa transcribe las regiones 1, 2, 3 y 4 pero no se produce la
traducción de los mimos por los ribosomas. De esta forma se forman las
horquillas 1-2 y 3-4. La horquilla 3-4 tiene la habilidad especial de parar la
ARNpolimerasa inhibiendo la transcripción de los genes estructurales que se
encuentran a continuación.
Regulación de síntesis de proteínas
Tomamos como ejemplo la síntesis de proteínas ribosómicas.
Existe una proteína represora que se une con igual afinidad al ARNr y al ARNm de la
proteínas ribosómicas.
- Si hay mucho ARNr libre, el represor se une al ARNr quedando libre el ARNm
de las proteínas ribosómicas que se traduce y se sintetizan.
- Si hay mucho ARNm de la proteínas ribosómicas, el represor se une a éste
quedando libre el ARNr. No hay síntesis entonces de proteínas ribosómicas.
Estos dos procesos se van alternandoRegulación genética por variación de fase
La célula tiene 2 tipos de flagelina: flagelina 1 y flagelina 2 que se codifican en loci
distantes.
- Cuando la célula está en fase 1 (parte izda de la fotocopia) se produce flagelina
1. En una zona alejada hay otra región que codifica flagelina 2 y una proteína
represora. En esa zona hay un promotor que no se ve o está situado al revés por
lo que no se transcribe.
- Por acción de otras proteínas cada 1000 divisiones una enzima corta al promotor
que se coloca correctamente. Se puede entonces formar flagelina 2 y la proteína
represora que va a inhibir a la flagelina 1. La célula expresa ahora flagelina 2.
- Cada x divisiones el promotor se vuelve a poner al revés. Se deja de producir flagelina
2 y la proteína represora. Ahora en la célula hay flagelina 1.
MICROBIOLOGÍA: DÍA 25/10/07
NIVELES DE REGULACIÓN DEL METABOLISMO BACTERIANO.
La regulación del metabolismo bacteriano puede producirse a distintos niveles:
1. A nivel del ADN: en posibles alteraciones del ADN e inversiones de
fase.
2. A nivel de transcripción: en los operones.
3. A nivel de traducción: en posibles alteraciones de la traducción a
proteínas, en la afinidad ribosoma-ARNm.
4. A nivel proteico: mediante mecanismos de inhibición enzimática,
alosterismo, alteración enzimática.
REDES GLOBALES DE REGULACIÓN. Importante!!
A la bacteria le interesa regular varias rutas o características a la vez. Por
ejemplo, cuando una bacteria va a esporular tienen que activarse muchos procesos en
ella: la producción de extina y exina, la producción de endosporas… Una bacteria que
se desarrolla en medio acuoso no tiene tantos requerimientos como una bacteria que
intenta colonizar un organismo. Para poder controlar varios procesos simultáneos
existen una serie de mecanismos que dejan controlar varios operones a la vez, se trata de
los regalones o redes globales de regulación.
Estas redes globales pueden ser:
1. proteínas activadoras de promotores: se unen a secuencias promotoras
provocando su activación.
Un ejemplo típico es la regulación de catabolitos por proteínas CAP.
2. reemplazo de factores σ: hacen a la ARNpolimerasa afín por diferentes
promotores.
La ARNpolimerasa tiene una subunidad σ que reconoce el promotor y se
une a él. Si existen dos subunidades σ, las bacterias tienen la posibilidad
de reconocer dos promotores distintos. Entonces, el reeplazo hace que la
subunidad σ sea afín a 2 promotores, ya sea ganando una y perdiendo
otra, o bien, ganando varias subunidades.
Ej: el control de la esporogénesis y la germinación. En el control de la
esporogénesis lo primero que cambia es la subunidad σ, de modo que
unos promotores que hasta ese momento eran silentes, gracias a este tipo
de regulación comienzan a actuar.
3. factores de restricción: se activa una enzima de síntesis de un segundo
mensajero.
Ej: factor de restricción en ausencia de aa.
4. transducción de señales: se activa una proteína quinasa que fosforila
otras, por una cascada de señalización.
Ej: la motilidad flagelar en respuesta a quimiotácticos.
REGULÓN POR CAP. REPRESIÓN POR CATABOLITO
En un experimento se vio que cuando las bacterias crecían en medios de glucosa
y otros compuestos alternativos de carbono, aunque la bacteria tuviese mecanismos para
metabolizar los compuestos alternativos, utilizaban siempre glucosa en primer lugar.
Así, en presencia de glucosa y lactosa, se vio que sólo cuando desaparecía la
glucosa las bacterias comenzaban a expresar el operón lactosa y tras una fase de
adaptación, sintetizaban nuevos enzimas y metabolizaban la lactosa.
En realidad, las bacterias procuran ceñirse a la glucosa porque es un metabolito
rentable desde el punto de vista energético, con respecto a los demás compuestos.
Estudiando a una bacteria en distintas situaciones y medios…
CON GLUCOSA:
En un medio con glucosa, la bacteria introduce glucosa por translocación de
grupos. La enzima 2 (E2) por su parte, transfiere el grupo fosfato para que la
glucosa pase a glucosa-6-P, con lo que queda defosforilado, por tanto, no se
activa la adenilato ciclasa y disminuye el AMPc. En esta situación, la proteína
activa PAC no se une al ADN.
En un medio con glucosa pero sin lactosa, el represor está unido al operador,
de modo que la ARNpolimersasa no se une o no es capaz de funcionar,
entonces no se produce ARNm para lactosa.
En un medio con glucosa y también lactosa, el represor está inactivo, el
operador está libre pero el promotor no es capaz de unir se a la ARNpolimerasa
y por tanto, no se produce ARNm para lactosa.
En el caso de la maltosa, independientemente de si el represor esté o no activo, el
operador no es reconocido por la ARNpolimerasa.
SIN GLUCOSA:
En un medio sin glucosa, no hay transporte de moléculas de glucosa, la enzima
2 (E2) sí está fosforilada porque no transfiere el fosfato, entonces se activa la
adenilato ciclasa, aumentan los niveles de AMPc, este AMPc se une a la prot
inactiva y produce la modificación alostérica en PAC. PAC activa se une al
promotor y se establece un lugar de unión para la ARNpolimerasa.
En un medio sin glucosa ni lactosa, el represor está activo ocupando el
operador. Por tanto, la ARNpolimerasa no se une y no hay producción de
ARNm.
En un medio sin glucosa pero con lactosa, el represor se inactiva; como no hay
glucosa, se establece un lugar de unión para la ARNpolimerasa y se inicia la
producción de ARNm.
En general, en medios con glucosa, todos los operones dejan de funcionar debido a que
su promotor no es reconocido. Todos aquellos operones que pueden metabolizar otras
formas alternativas a la glucosa, permanecen en alerta por si termina acabándose dicho
sustrato.
CRECIMIENTO Y DESARROLLO BACTERIANO:
A lo largo del tema veremos: la división celular en las bacterias y sus tipos. Factores de
crecimiento bacterianos: factores de nutrición y ambientales. Fases del crecimiento
bacteriano y su determinación. Medios de cultivo.
Las bacterias crecen a lo largo de su existencia en tamaño, pero alcanzado un
límite, o mantienen su tamaño (poco probable) o inician los procesos de división
celular. Decimos que la bacteria alcanza un tamaño crítico en su desarrollo (y favorable
para la división) ya que tal aumento, hace que el mantenimiento del metabolismo sea
cada vez más difícil de realizar.
Para mantener el metabolismo, la bacteria debe intercambiar sustancias con el
medio. Pero según va creciendo, la relación superficie-volumen se hace más pequeña
por lo que, llega un momento que la superficie es insuficiente para atender a su tasa de
intercambio de metabolitos con el medio.
El crecimiento en tamaño es difícil de estudiar y su estudio no es beneficioso
para nosotros. Así, en microbiología cuando se habla de crecimiento bacteriano se hace
referencia no tanto al incremento de tamaño de una unidad, sino a la tasa de
proliferación de la especie.
El proceso de división en bacterias es más rápido y sencillo que en eucariotas.
Las bacterias se dividen por fisión binaria y ésta es diferente según sea el
comportamiento de la bacteria a la tinción de gram, es decir, la división será diferente
en función de la estructura de la pared. De hecho, muchas propiedades bacterianas se
explican por esta estructura, por ejemplo, su patogenia.
FISIÓN BINARIA.
Bacterias gram negativas:
Una vez alcanzan un determinado tamaño, replican su ADN y se forman dos
genóforos hijos que se acaban separando gracias al propio crecimiento de la membrana
(al estar pegados a la membrana, ésta a medida que crece los arrastra con ella). Una vez
dividida la membrana, se inicia la invaginación de la membrana. La pared de estas
bacterias es fina y posee pocos enlaces cruzados (es más elástica), por lo que la
invaginación tira al mismo tiempo de la pared y ésta acaba invaginándose también por
lo que se forman dos paredes independientes y dos bacterias hijas.
Bacterias gram positivas:
Debido a que la pared es más gruesa y rígida que las gram negativas, la
membrana en su crecimiento no es capaz de tirar de la pared y se acaba produciendo una
división interna (similar a la endospora). El resultado es la formación de 2 protoplastos
en una misma pared bacteriana.
Una vez separadas por membranas distintas y bajo una única pared, entran en
juego un proceso de síntesis de pared a partir de la membrana. La pared, para crecer,
como acaba formando una molécula única y rígida, se tiene que ir remodelando por la
acción de las autolisinas y va formando unidades de mureína.
Las autolisinas incorporadas en la pared siguen funcionando, pero la pared que
sobra en los extremos que destruyen no se regenera, por lo que al final se forman dos
bacterias independientes.
Mayoritariamente, las gram negativas se dividen con más rapidez que las gram
positivas, ya que no tienen la pared tan gruesa como las gram positivas y el intercambio
de sustancias es más rápido. El ejemplo máximo de división lenta se produce en las
bacterias con pared alcohol resistente (de metabolismo lento y con pared muy
impermeable).
FACTORES DE CRECIMIENTO MICROBIANOS.
Cuando las bacterias tienen que crecer y multiplicarse necesitan los factores de
crecimiento microbiano que pueden ser:
1. ambientales: condiciones físico-químicas adecuadas como la
temperatura, el pH, la tensión de O2, la presión osmótica…
2. nutrientes: dentro de éstos, todos aquellos que son fuente de energía;
carbono, nitrógeno y azufre (para la producción de aa y nucleótidos),
iones (equilibrio osmótico) y metales pesados como el Cu o el Fe para
actuar como grupos prostéticos de algunas proteínas.
Un factor de crecimiento microbiano obligado es aquel que la bacteria no es
capaz de sintetizar y por tanto, toma del medio. De hecho, la velocidad de crecimiento
microbiano está limitada por la cantidad de nutriente obligado que está en menor
concentración.
Cuando una bacteria requiere un nutriente se dice que es auxotrofa, ya que sólo
toma un tipo de nutriente y su crecimiento está condicionado por la presencia de dicho
nutriente. Las bacterias que se desarrollan en medios con 2 tipos de metabolitos se dice
que son de crecimiento diáuxico: utilizan glucosa como nutriente de crecimiento
auxotrófico, y tras una fase de adaptación, inician una fase de crecimiento auxotrófico
para el compuesto alternativo a la glucosa.
Gráfica!!!!!!!!!
EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL CRECIMIENTO MICROBIANO.
GRAFICA!!
Según el rango de temperatura entre la temperatura mínima y la máxima, se
distingue entre bacterias:
1. Bacterias estenotermas: con margen estrecho.
2. Bacterias euritermas: de margen amplio.
Las temperaturas inferiores a la temperatura mínima y las temperaturas mayores a la
temperatura máxima no tienen los mismos efectos. En general, las temperaturas situadas
por debajo a la mínima mantienen a las bacterias en un estado en el que no son capaces
de dividirse pero no se mueren. Cuando la temperatura vuelve a aumentar, recuperan la
capacidad de división.
La temperatura óptima es aquella en la que las bacterias crecen a máxima
velocidad. Según este parámetro se dividen en:
1. psicrofilas: 0-25 ºC (problemáticas en la infección de peces e insectos)
2. mesófilas: 25-40 ºC (afectan a los organismos superiores: aves y
mamíferos)
3. termófilas: > 40ºC. Es el caso de la termobacillus aquaticus, que
permitió la mejora de la técnica PCR para la replicación de material
genético (no se tenía que añadir más ARNpolimerasa a pesar de
aumentar mucho la temperatura)
TENSIÓN DE O2: Se distiguen microbios:
1. anaerobios estrictos: sólo pueden vivir en ausencia de oxígeno. Éste es
capaz de destruir los componentes de la cadena respiratoria, y produce la
formación de superóxidos.
2. anaerobios aereotolerantes: pueden vivir en presencia de oxígeno
porque tienen estructuras que la defienden de los efectos oxidantes del
oxígeno (poseen por ejemplo, la superóxido dismutasa) Su metabolismo,
sin embargo, es anaerobio.
3. anaerobio facultativo: pueden tener metabolismo aerobio o anaerobio
según las condiciones del medio, aunque dentro del aerobio sólo pueden
hacer uso de la fermentación.
4. microaerófilas: necesitan una cantidad pequeña de oxígeno. Con exceso
de oxígeno mueren porque no tienen estructuras suficientes para
contrarrestar los productos secundarios de la respiración aerobia.
5. aerobias estrictas: sólo viven con oxígeno.
EFECTO DEL pH.
Los pH inferiores al pH mínimo y los valores de pH mayores al pH máximo
matan a la bacteria. El efecto del pH es similar al de la temperatura (excepto por la
salvedad anterior)
DÍA 26/10/2007
TIEMPO DE GENERACIÓN O DE DUPLICACIÓN
Es el tiempo que tarda una población bacteriana en duplicarse, de forma estadística cada
bacteria se dividió una vez. El tiempo de generación de las bacterias en el ámbito
sanitario es de 20-40 minutos.
El tiempo de generación se calcula dividiendo el tiempo transcurrido por el nº de
generaciones que pasaron.
G = (t1 – t0) / nº de generaciones
Cada vez que una célula se divide duplica su número. El número de generaciones es
igual a:
Nº de generaciones = log2 (N1 / N0) = log2 (N1) – log2 (N0)
siendo
N1 = nº de bacterias a t1
N0 = nº de bacterial a t0
Ej.:
Tiempo
Nº bacterias
Nº generaciones
T0
2
1
4
2
8
3
T1
16
4
Nº de generaciones = log2 (16 / 2) = 4 – 1 = 3
Para saber el nº de bacterias que hay en un cultivo se usa el método del contaje
microscopico directo.
La cámara esta hecha para que por capilaridad entre siempre el mismo volumen por ej. 1
ml. Se cuentan las bacterias que hay en 1 ml por cuadrado.
Se cuentan algunos cuadrados separados entre sí, y se estima una media relevante.
Factor de multiplicación de la cámara x volumen de dilución = nº de bacterias
Este método es seguro pero puede ser engañoso.
Hay también métodos indirectos:
1) Mediante cultivos patrones hace relación entre volumen celular y nº de células,
de forma que sabemos que 1 gramo = 1012 unidades. Esto va a depender del
propio tamaño de la bacteria por lo que habrá que hacer una curva patrón para
cada bacteria.
2) Turbimetría.- La medida de la turbidez del medio está relacionada con el nº de
bacterias que hay en él.
En el método de contaje directo no distinguimos si las bacterias están vivas o muertas
(en su aspecto, tamaño, absorción… no se distinguen).
Todos estos métodos numeran todas las células estén muertas o vivas.
CRECIMIENTO MICROBIANO
La capacidad de una bacteria de modificar su entorno es muy pequeña, por eso en
microbiología se trabaja con poblaciones microbianas. De estas poblaciones sólo nos
interesan aquellas células capaces de creas progenie a las que llamamos unidades
formadoras de colonias (UFC). Las UFC se determinan tomando la muestra, se diluye y
se coloca en una placa. Tiene que estar suficientemente diluida para que las células se
separen y la probabilidad de que dos células queden juntas sea menor.
Cuando se determina el crecimiento microbiano en tubo cerrado se obtiene la curva de
crecimiento microbiano. Se trata de una campana de Gauss en la que distinguimos
varias fases:
1) Fase A-B
Es la fase lag (de adaptación).
Las bacterias del cultivo tienen
que reconocer y adaptarse al
nuevo entorno.
2) Fase B-C
Es
la
fase
logarítmica,
exponencial o de crecimiento.
Las bacterias crecen a costa de
consumir nutrientes y excretat sustancias tóxicas. Llega un momento en que la
disponibilidad de nutrientes es menor y aumenta la [ ] de sustancias tóxicas con
lo que algunas bacteria mueren.
3) Fase C-D
Es la fase estacionaria en el que el número de bacterias que mueren y el número
de bacterias que se dividen se iguala.
4) Fase D-E
Es la fase de muerte celular. La división de las bacterias se hace más lenta por
acumulo de sustancias tóxicas. Las diferencias individuales entre las células
empiezan a tener valor porque es importante el comportamiento frente al medio
de cada una de las células que van quedando.
Si determinamos el nº de células totales las primeras fases de la curva son iguales, pero
a partir de C el nº de células sigue aumentando aunque cada vez lo más lentamente
porque algunas células han dejado de dividirse.
Si cultivamos bacterias con un aporte continuo de nutrientes y retirando las sustancias
tóxicas, en principio estas bacterias no dejarían de crecer.
En bacterias gram – se descubrió una reacción llamada respuesta general de estrés que
consiste en una respuesta biológica en la que las bacterias disminuyen su velocidad de
división y su crecimiento haciéndose, de esta forma, un poco más resistente a la
situación de estrés.
Fases del crecimiento bacteriano (nivel celular)
Cada bacteria necesita un determinado espacio biológico para cada unidad. Si las
condiciones de crecimiento no valen ni siquiera en laboratorio cuando las condiciones
del medio como consecuencia del espacio, en el organismo las condiciones son muy
cambiantes y desfavorables (respuesta inmune); por ello interesa saber que pasa en cada
bacteria a nivel individual.
Cuando una bacteria inicia su división ya no hay marcha atrás por lo que en un cultivo
vamos a distinguir:
A) Células en reposo
B) Células con inicio de proceso de crecimiento y división.
Las bacterias A con el tiempo pasan a una situación B. Tras la división las células hijas
también pasan al estado B; y ello constituye la fase logarítmica del crecimiento
microbiano.
En respuesta a condiciones ambientales desfavorables, la bacteria entra en estrés: en
ESTASIS: limitan su metabolismo, crecen menos pero no pierden si capacidad de
división aunque lo hacen lentamente. Algunas se dividen antes de completar su
crecimiento y, como consecuencia, las células nuevas tienen menos riqueza en
estructuras metabólicas.
Las células en estasis pueden entrar en fase A o directamente en fase B.
En algunas bacterias se ha descrito un estado de DORMANCIA, un estado similar a
endospora (la célula no se divide y su metabolismo es muy lento). Si a una célula en
dormancia si añadimos un sobrenadante de células en fase exponencial, se despiertan y
pasan a fase A o fase B (explicarían las infecciones recidivantes, por ej. en la
tuberculosis).
La duración de la fase logarítmica tiene importancia en el control de seguridad de los
alimentos, instrumentos quirúrgicos…
MEDIOS DE CULTIVO
Es el conjunto de sustancia que permiten el crecimiento microbiano en el laboratorio.
Distinguimos:
1) Caracteres físicos
2) Propiedades biológicos
Caracteres físicos
Pueden ser sólidos, líquidos y semisólidos, cada uno de ellos diferentes y con
aplicaciones propias y características.
1) Medio sólido.- Sirve para aislar. Se extienden las bacterias por la placa y las
bacterias no se mueven.
2) Medio líquido.- Para purificar una bacteria alterada genéticamente para producir
insulina.
3) Medio semilíquido.- Sirve para medir el grado de movilidad de una bacteria.
Una bacteria inmóvil en un medio líquido se va a caer hacia abajo por la gravedad. Si
está en un medio sólido las bacterias tampoco se mueven mucho a partir del
movimiento flagelar. En un medio semisólido el movimiento flagelar no se puede
anular, aunque si que da anulado el movimiento gamniano.
Propiedades biológicas
Diferenciamos:
1) De transporte
Son las propiedades del medio necesarias para transportar la muestra desde el
lugar de toma de la muestra hasta el laboratorio. En ese tiempo hay que protegen
la muestra:
- Mantenimiento de un ambiente húmedo (con gel aggar)
- Eliminación de productos tóxicas
- Nutrientes que permitan su supervivencia
- Si se trata de bacterias anaerobias también hay que evitar que el O2 sea
absorbido para que no llegue a la bacteria (con gliocolato).
2) Generales o de soporte
Sólo se necesitan nutrientes básicos (iones, oligoelementos, fuente de carbono,
fuente de energía…).
3) Enriquecido
Son microorganismos exigentes (en inglés fastidious) que necesitan nutrientes
especiales para su crecimiento y que son incapaces de formar: son auxotrofos
para alguna sustancia.
Son nutrientes generales al que añadimos este nutriente específico. Si se
desconoce cual es el nutriente específico se usa un medio aggar sangre: un
medio aggar al que se le añade un poco de sangre de ternera… donde podemos
encontrar de todo: factores hormonales, lípidos, iones…
4) Selectivos
Impiden el crecimiento de algunos microorganismos y permiten el de otros.
Ej.: el medio de Levine?? impide el crecimiento de bacterias gram + al pegarse a
su pared, las bacterias gram – pueden crecer en este medio porque tienen una
gruesa pared de mureína que las hace más resistentes.
5) Diferenciales
Distinguen microbios en función de alguna característica. Permiten el
crecimiento de todos los microorganismos pero permiten distinguir aquellos con
alguna característica especial, estos últimos crecen más.
DIA 31/11/2007
GENÉTICA BACTERIANA
Deben tener equilibrio entre descendientes y progenitores y tienen que adaptarse al
ambiente. Las ventajas frente al ser humano, son fundamentalmente:
Modificaciones de bacterias que se expresan en descendientes más rápidamente
porque hay muchas generaciones en un pequeño periodo de tiempo, las
mutaciones por tanto son más rápidas.
Las bacterias son haploides, si se produce una mutación en un gen, la
modificación es absoluta en él. En eucariotas se enmascara por la presencia del
otro gen.
Hay variabilidad genética que se ve en las características externas de las poblaciones:
1. Variabilidades genotípicas: aparecen lentamente, son irreversibles ya que
afectan las secuencias del ADN. Están causadas por mutaciones puntuales (alteración de
información genética durante la replicación), reordenamiento (alteraciones en la
estructura del genoma bacteriasno) y recombinación (intercambio entre dos individuos).
2. Variabilidades fenotípicas o modificaciones: no afectan a secuencias de DNA
sino a cómo se expresa la sec de DNA en el ambiente. Son reversibles y aparecen
bruscamente. Por ej: expresión de operones. Debidas a regulación alostérica, regulación
de la expresión génica y variación de fase. Ejemplos: flagelina 1 y 2, operón lactosa,
cápsula y expresión de sustancias tóxicas durante la infección de un organismo.
La causa de variabilidad genética más común es la mutación: cambio en la
secuenciación de bases. Se pueden clasificar según el efecto en el fenotipo en:
a. Silenciosas: alteran la secuencia pero da codones sinónimos.
Fenotípicamente es igual.
b. Neutras: la mutación cambia el codón y también el aminoácido, pero
éste es químicamente similar al sustituido y la función no cambia. El
fenotipo de la proteína sería distinto, pero no el comportamiento de la
bacteria.
c. Expresadas: se produce un cambio de codón, que da lugar a un
distinto aa y a una distinta función de la proteína.
1) No selectivas: no permiten selección.
2) Selectivas: permiten hacer selección de bacterias en base a
alguna propiedad, como por ejemplo si son o no resistentes a
antibióticos
3) Letales: la célula no es viables
i. No condicionales: siempre son letales
ii. Condicionales: sólo son letales en determinadas
circunstancias. Por ejemplo: mutantes térmicos, que
sólo mueren al superar cierta temperatura. Puede que
una mutación baje la resistencia de las proteínas y se
desnaturalicen antes por calor.
Las mutaciones se producen por cambios en secuencias de bases y estas
modificaciones pueden ser:
Puntuales (cambios de una base)
Delecciones (por acción de la ADN polimerasa)
Inserciones (introducción de secuencias)
Puntuales: debido a la degeneración del genoma y a la teoría del balanceo (sólo
importan 2 pares de bases para la síntesis de proteínas) suelen ser silentes. El
problema está en si se crea un codón sin sentido (un codón stop), ya que la
proteína sería ineficaz. Las puntuales son las más frecuentes, se producen en la
replicación.
Delecciones: por error en la replicación o por daño físico al DNA.
Dentro de las inserciones pero más frecuentemente de las delecciones pequeñas,
es fácil que la ADN polimerasa se salte una base, pero esto es muy importante
porque afecta al marco de lectura y además afecta a más de una proteína según
donde se produzca, ya que el genoma bacteriano es policistrónico. Esto se llama
polaridad de la mutación.
Inserciones: debidas a la presencia de secuencias en el DNA que pueden
cambiar de sitio: son secuencias cortas (aproximadamente de mil pares de
bases), sólo codifican resolvasas (enzimas y proteínas para hacerse móviles) y
transposasas (enzimas que llevan a otros sitios a las secuencias móviles del
DNA).
Las resolvasas reconocen secuencias en los extremos de estas secuencias
móvil, que son secuencias repetidas pero invertidas, las corta y ya pueden ser
llevadas a otras secuencias.
MECANISMOS BACTERIANOS ANTIMUTACIÓN
Estos mecanismos deben mantener un equilibrio entre la variabilidad genética y
estabilidad genética.
Al producirse las mutaciones las bacterias tienen mecanismos para revertir los efectos:
1. Reversión espontánea: divisiones posteriores pueden volver a cambiar la
base nitrogenada y volver a la normalidad (regresión directa o retroceso), o
que este cambio haga alguna mutación silente o neutra (mutación supresora).
2. Reparación del DNA:
-enzimas específicas que lo reparan. Por ejemplo, la radiación UV forma
dímeros de timina, un complejo enzimático los reconoce y los corta. Este
mecanismo ocurre cuando se expone a la luz y luego a la oscuridad
(fotoactivación y reparación en la oscuridad).
-sistema de escisión de reparación (operón MUT): su proteína reconoce
las bases de los extremos de una secuencia donde no hay apareamiento
entre ambas hebras y los corta. Este mecanimo es post-replicación. El
DNA original tiene los puntos de corte bloqueados (porque está
metilado), por eso esta hebra (la original) no es cortada. Para el corte de
la hebra se utilizan endonucleasas.
-operón REC:
•sistema SOS: actúa cuando se detectan segmentos largos de
DNA monocatenarios. Es un sistema de emergencia. Este sistema puede
producir mutaciones al solucionar esto, pero siempre son menores a lo
solucionado (compensa).
•recombinación: permite rellenar huecos vacíos de DNA.
El sistema REC lleva la hebra A (que es igual a la B) al sitio de la B,
ahora el hueco vacío donde estaba A puede volver a ser ocupado por la
misma hebra porque es resintetizada a partir de la hija.
RECOMBINACIÓN GENÉTICA
Es el intercambio de información genética entre dos individuos distintos. Ejemplo:
reproducción sexual. Dos bacterias pueden intercambiar parte de la información
genética. Esta parte intercambiada se llama exogenonte, y la bacteria que la acepta se
llama endogenonte. El endogenonte puede:
-destruir el exogenonte mediante endonucleasas por ser extraño
-recombinarse con exogenonte si es parecido. Puede ser:
•generalizada (transformación, transducción genética). Puede ser (en base
a si los individuos se parecen o no):
Homóloga (legítimo): cuando el ADN es equivalente.
Heteróloga (ilegítimo): cuando los segmentos no son iguales.



específica de sitio (transducción espontánea, conversión génica).
reordenación (transposición)
replicarse independientemente del exogenonte (plásmidos y
transposones replicativos).
MECANISMOS DE RECOMBINACIÓN GENÉTICA EN BACTERIAS.
Pueden ser de distintos tipos, y se distinguen por la manera por la cual el exogenonte es
incorporado a la célula.
1. transformación: incorporación de fragmentos libres de ADN. Es decir, la
bacteria coge ADN libre del entorno y lo incorpora a su genoma por
recombinación. Fue descubierto por Griffith.
2. transducción: el exogenonte pasa de una bacteria a otra mediante un virus
bacteriano, es decir, transferencia genética realizada por virus. La transducción
puede ser generalizada o especializada. La generalizada es que le puede ocurrir a
cualquier fragmento del genoma.
3. conjugación: transferencia genética por contacto directo célula a célula (similar
a la reproducción sexual). Una bacteria aporta material genético a otra.
4. transposición o transferencia de elementos transponibles; presencia de
elementos que pueden cambiar de lugar; suele ir asociada a otros mecanismos.
TRANSFORMACIÓN BACTERIANA.
Descubierta a finales del siglo XX, por los experimentos de Griffith que trabajaba con
dos cepas de estreptococcos neumónico: una salvaje capaz de producir cápsula y una
mutada incapaz de producirla.
La cápsula es una cubierta glucídica y proteica que cumple funciones como protección
ambiente, reconocimiento de estructuras de adherencia y protección de la fagocitosis.
La infección de la cepa salvaje, en experimentos con ratones, acaba matándolos en un
espacio de 24-48 horas de tiempo. Las bacterias sin cápsula no provocan ese efecto y los
ratones sobreviven.
Griffith decidió inocular bacterias sin cápsula vivas y bacterias muertas con cápsula a
una muestra de ratones, y vio que éstos acababan muriendo. Este resultado tal y como
demostraban los cultivos, se debía a la existencia de bacterias con cápsulas. Esto
probaba que parte de la información necesaria para la producción de la cápsula había
sido transferida a bacterias vivas desde bacterias muertas. En conclusión, la molécula
depositaria de la información genética viene representada por el ADN bacteriano, capaz
de transferirse entre bacterias vivas y muertas.
Este estado induce síntesis de genoma nuevo y ello provoca la unión de ADN a la
membrana (por proteínas de unión, endonucleasas que cortan ADN, una de las cadenas,
para su inserción y proteínas de unión que protege este ADN monocatenario, hasta
llegar al nucleoide. También produce sobreexpresión del operón REC (más
posibilidades de que se recombinen).
Se unen a la membrana de 5 a 15 kilopares de bases. Luego hay entrada de ADN y
degradación de una cadena (simultáneas en gram positiva y sucesivos en gram negativa,
primero penetra y luego se degrada. Una vez dentro de la célula se produce el
apareamiento de cromosomas homólogos (queda la nueva cadena integrada) y termina
con la integración del ADN por recombinación generalizada.
Transformación aclarada por Tania: consiste en la captación de moléculas de ADN libre
y combinación de estas con genoma bacteriano. Es ligeramente distinta en gram + y -.
Las moléculas libres de ADN proceden de otras bacterias.
Las bacterias tienen que estar en un estado
La transformación bacteriana es ligeramente distinta según sea en bacterias gram
positivas y gram negativas:
- Gram positiva: La célula debe permanecer en un estado fisiológico específico
(de competencia), no todas las células pueden inducir la transformación, sólo lo
hacen en este estado. La célula competente expresa una proteína capaz de unir
fragmentos de ADN provenientes de otras células muertas. No introduce
cualquier fragmento, tienen un tamaño de entre 5- 15000 pares de bases (pb).
Por ejemplo, en estreptococco.
- Gram negativas: las células o son competentes per se o no, depende del
momento del ciclo en el que esté (normalmente lo son en fase logarítmica). Ya
sea de forma especial o constitutiva aparecen fragmentos de ADN de 5-15 kpb
que se pegan a la membrana y se produce la introducción del ADN y se degrada
una cadena. Una vez que hay una cadena, se produce apareamiento de
homólogos. Por ejemplo, en haemophilus.
En este caso, la proteína que une ADN no une cualquier ADN bicatenario, sino
que reconoce secuencias de unos 16 nucleótidos, por lo que es más específica, el
ADN que une será más similar al de la bacteria receptora y hay más
probabilidad de recombinación.
PASOS COMUNES EN GRAM + Y GRAM-:
Inducción del estado de competencia.
Unión de ADN a la membrana.
Entrada de ADN y degradación; es simultánea en gram+ y en las gram- se
produce primero la entrada y luego se degrada (no simultáneo)
Apareamiento de secuencias homólogas.
Integración del ADN por recombinación generalizada.
DIFERENCIAS:
-
-
-
-
-
Gram positiva: requiere de factor de competencia, es decir, de una molécula
que induzca este estado.
Gram negativa: estado de competencia estructural, es decir, este estado ocurre
en un dto momento de su crecimiento, no necesita de moléculas externas.
Gram positiva: une cualquier segmento de ADN bicatenario de 5 a 15 kpb
(pero no une sino tiene cierta homología).
Gram negativa: une sólo ADN homólogo; reconoce secuencias de 16
nucleótidos específicos de ADN. El genoma de haemophylos tiene cada 4-5000
pb ese segmento, de manera que, cualquier fragmento de ADN contiene esas
secuencias que reconocen las secuencias de unión.
Gram positiva: degradación extracelular (muestras para la membrana) de ADN
(en citoplasma ya entra monocatenario). La degradación la producen proteínas
de unión asociadas a endonucleasas. A medida que entra el ADN se va
degradando.
Gram negativa: degradación intracitoplasmática. El ADN es transportado en
transformosoma y luego es degradado. El espacio intracitoplasmático también
incluye el espacio periplásmico.
Gram positiva: ADN transportado por proteínas de unión, ya que es
monocatenario.
Gram negativa: ADN transportado por el transformosoma: desde la membrana
externa hasta el citoplasma. Aquí se degrada una cadena y a partir de aquí es
transportada por una proteína de unión.
TRANSDUCCIÓN.
Se refiere al uso de virus para transportar genes de una célula a otra.
***características de los virus:
Los virus son básicamente moléculas de ácido nucleico envuelto en una
estructura de proteínas que lo protege y permite relacionarlo con el mundo externo.
Cuando un virus entra en una célula se desorganiza, separa el envoltorio del material
genético. Éste se replica y en los ribosomas se generan las proteínas de la envoltura.
Cuando una célula se divide, divide a la vez su genoma y su soma. Pero el genoma viral
realiza dos procesos: obtiene miles de copias de su genoma y, a partir de éste genoma
sintetiza miles de proteínas para la envoltura. Cuando hay suficiente ácido nucleico, éste
entra en la envoltura, se genera una nueva partícula vírica y abandona la célula.
La formación del genoma y la cápside del virus son independientes.
Algunos virus (temperados o atemperados) son capaces de producir lisogenia. La
lisogenia es la capacidad de un virus para abrir el cromosoma e introducir material
genético en ese cromosoma (se introduce en forma de fago en este ciclo llamado
lisogénico). Luego permanece silente durante un tiempo hasta que inicia la replicación:
cuando la célula se divide de dos cromosomas iguales que llevan en su interior el
cromosoma del fago que está silente. Por algún motivo, el fago se reactiva, se libera del
cromosoma, se multiplica, induce formación de partículas proteicas y se hace lítico
(pueden causar grandes daños en la célula, llevándola incluso a la muerte).
La información del fago está silente la mayor parte del tiempo. Se expresa sólo
la información para que esté callado y para mantenerse en este estado.
Toda la estructura proteica queda fuera, lo único que penetra es el ácido
nucleico. Éste se multiplica, induce la producción de proteínas y éstas son las
responsables de la muerte de la célula infectada que, al morirse rompe y libera los virus.
Muerta la célula, se rompe el cromosoma de la célula, se producen fragmentos de
cromosomas bacterianos. En la célula infectada va a haber una gran cantidad de genoma
viral y también un montón de cubiertas proteicas (su función consiste en introducir el
genoma para ir a otras células)
La especificidad de la cápsula es relativa, introduce fragmentos de morfología y
tamaño similares, por lo que al igual que introduce ADN viral, también pueden colarse
fragmentos de cromosomas bacterianos. De la misma manera, aunque las cubiertas son
todas iguales, algunas de ellas llevarán genoma bacteriano. Como son todas iguales y su
acción depende de la cápside el material bacteriano puede pasar también al interior; sin
embargo, al no haber genoma viral, no habrá proteínas virales.
Un fragmento de ADN razonablemente homólogo, de una especie parecida, con
grandes secuencias homólogas puede acabar destruyéndose o recombinándose. Esto es
lo que conforma pues, si no se destruye, la transducción generalizada debido a que los
genes que son transducidos pueden ser muy distintos, cualquier ADN que puede entrar
en la cápside.
A veces, el propio genoma vírico porta parte de genoma bacteriano y al revés,
puede estar combinado el viral y el bacteriano. Como el punto de inserción del fago es
específico, los genes que se puede llevar el fago sólo puede transducir genes próximos a
su lugar de inserción; en esto consiste la transducción especializada. Este tipo de
transducción sólo tiene lugar en virus temperados o lisogénicos.
El fago se reactiva y lleva un poco de genoma bacteriano, se replica y sintetiza
proteínas; sale al exterior la cubierta con material viral y un poco de bacteriano. El
genoma viral se inserta en el mismo sitio.
Explicación de Martina para esta parte…
El virus se une a la célula, inyecta su genoma y crea copias. La bacteria se muere y su
genoma se fragmenta. Tenemos copias de virus, fragmentos bacterianos y cápsulas
proteicas (todas iguales por fuera). Algunas cápsulas tienen genoma viral y otras tienen
parte de genoma bacteriano. La envoltura reconoce la célula diana. Se introduce dentro
el genoma viral (porque esta información va en la cápsula). No se replica porque no hay
genoma vírico: dentro de la célula entonces hay un exogenonte que puede destruirse o
acabar recombinándose con la información ya existente. Esta es la transducción
generalizada, cualquier gen de la célula es transmisible por este sistema.
La especializada tiene lugar sólo en virus temperados (que realizan ciclo lisogénico).
Salen virus con un trozo de material genético viral y un trozo de material genético
bacteriano.
Va a otra célula y se integra en su cromosoma insertando también el genoma bacteriano.
Es específico, se introduce en un lugar determinado, entre unos genes determinados.
En esta sólo los genes próximos a la zona de inserción del fago se transducen.
TIPOS DE TRANSDUCCIÓN.
 Especializada: ADN próximo a la inserción.
o Requiere ciclo lisogénico.
o Incorporación del ADN por inserción.
o Puede permitir la propagación del flujo.
 Generalizada: cualquier porción de ADN.
o No requiere ciclo lisogénico.
o Incorporación de ADN por recombinación.
o Impide la propagación del fago: una vez que se ha insertado el material
dentro de la célula ya no hay virus (porque sólo llevaba genoma
bacteriano)
BACTERIAS CONJUGADAS; CONJUGACIÓN
Transferencia genética por contacto directo entre las células mediante pili sexual. La
transferencia de material genético se realiza a través de pili o pelos sexuales. Se
transfieren plásmidos. La información genética para producir este pili sexual no es un
plásmido, sino un cromosoma.
Una célula donadora que contiene un plásmido, genera un pili sexual (se genera
el pili sexual en superficie y se inhibe la expresión del receptor de pili sexual en
superficie) y establece contacto con otra célula, el pili se retrae, acerca a las dos células
y se transfiere el plásmido (los plásmidos son replicones independientes, por tanto, la
copia se realiza por propia iniciativa). Esto permite que la información del plásmido se
disemine con rapidez. De esta manera, se obtienen dos bacterias con plásmido que no se
pueden conjugar en principio entre sí. No obstante, una bacteria con un determinado pili
sexual inhibe la expresión del mismo receptor, pero no inhibe la expresión de otros
receptores.
Generalmente el plásmido se replica a la vez que lo hace el cromosoma. Cada
una de las células hijas que se encuentra carente de plásmido, recibirá de otras células
hijas que ya lo contengan con anterioridad.
La conjugación es de gran relevancia clínica ya que en los plásmidos se codifica
la resistencia antibiótica.
REPLICACIÓN DEL PLÁSMIDO.
Se abre una de las cadenas quedando libres los extremos 3’ y 5’. El plásmido se abre y
se sintetiza una cadena nueva, líder, añadida al extremo 3’ usando como molde la
cadena que no se abrió. De esta forma va creciendo un extremo como si una cadena
girase sobre la otra.
Una vez finalizada la formación de la nueva cadena, ésta se separa de la antigua, el
segmento monocatenario penetra por el pili a la célula; en la célula receptora se inicia su
replicación, se forman 2 cadenas que se cierran y aparean. De esta forma se forma un
nuevo plásmido.
El plásmido está movilizando genes del cromosoma, ya que dentro del plásmido pueden
encontrarse fragmentos de cromosoma.
ELEMENTOS GENÉTICOS TRANSMISIBLES POR CONJUGACIÓN.
Los plásmidos pueden abrir el cromosoma bacteriano e integrarse en él, de tal manera
que una bacteria que tienen un cromosoma en un plásmido puede transformarse en una
bacteria con un plásmido en el cromosoma. Ese plásmido integrado en el cromosoma se
conoce como EPISOMA.
Este plásmido mantiene el punto de corte de inicio de replicación; así el extremo 3’ se
desplaza y entra por el pili pero cuando empieza a transferirse también le sigue genoma
cromosómico. Llega un momento en que el pili falla y las células se separan; se rompe
entonces la transferencia. Por ello, los primeros mapas del cromosoma bacteriano se
basaron en el tiempo de conjugación.
Si no se llega a transmitir todo el cromosoma el plásmido no va a poder circularizarse; y
habiendo interrumpido la conjugación, puede tener dos destinos: o se destruye o se
recombina. Las células que contienen los epitomas se conocen como de alta frecuencia
de recombinación (HFR).
El cromosoma bacteriano tiene varios millones de pares de bases que deben pasar a
través del pili. Pero la conjugación no permite que pase todo el cromosoma, sino que se
detiene antes de transferirlo en su totalidad (se interrumpe). Sin embargo, hay un trozo
de cromosoma que no se recibe, que no tiene plásmido. La otra con cadena completa
original después de la transferencia que le permite reconstituir la original. En vez de dar
dos células plásmido positivo, dan dos células: una HFR(+) y otra HFR (-). Es decir, de
la conjugación de una célula con plásmido con una célula sin plásmido, da lugar a dos
células: una HFR (+) y otra HFR (-).
GRUPOS DE INCOMPATIBILIDADES PLASMÍDICAS.
Las conjugaciones se producen entre células con y sin plásmido. El pili sexual viene
sintetizado por el plásmido y al mismo tiempo, también inhibe la codificación de un
receptor compatible con otro pili.
Sin embargo, existen grupos de incompatibilidad plasmídica: no es cierto que una célula
con plásmido no se conjugue con otro que también lo tiene. Pero existen grupos de
incompatibilidad.
Célula 1
célula 2
Pili1 (+) -----------------------pili2 (+)
Receptor 1 (-) ----------------receptor 2 (-)
Célula 1
- Plásmido 1 (+):
-
o Pili 1 (+) con receptor 2 (+)
o Receptor 1 (-) con pili 2 (-)
Plásmido 2 (+)
o Pili 2 (+) con receptor 1 (+)
o Receptor 2 (-) con pili 1 (-)
Una célula puede tener varios plásmidos de forma estable siempre que pertenezcan a
grupos incompatibles entre sí. Y no puede tener más de un plásmido del mismo grupo
de incompatibilidad de forma indefinida.
Muchos plásmidos contienen además otros genes de resistencia a antibióticos, de
producción de toxinas.. en definitiva, información de relevancia clínica.
Para dominar la población hay que tener determinada información genética. Por
ejemplo, una bacteria con mutación que le confiere resistencia a antibióticos va
aumentando en número con respecto a las otras.
Si es por plásmido no es necesario dividirse para que las bacterias tengan esta
característica. Cuando se dividan habrá más como ella. Se transfiere vertical y
horizontalmente.
ELEMENTOS GENÉTICOS TRANSFERIBLES POR CONJUGACIÓN.
Fundamentalmente plásmidos. En general, pueden ser activos o pasivos:
- Activos: aquellos que codifican lo necesario para la conjugación. Es un ejemplo,
la generación de pilis.
o Plásmidos conjuntivos
o Transposones: otras secuencias genéticas.
- Pasivos: se transmiten por conjugación pero no codifican lo necesario para ello.
Pasan por conjugación cuando hay un elemento activo.
o Genes cromosómicos de las células HFR: no codifica nada pero si lo
arrastra un plásmido va con él. Los genes no activan la conjugación,
necesita echar mano de los plásmidos.
o Elementos extracromosómicos movilizables
o Plásmidos no codificantes de pili: aprovechan el pili de otros
plásmidos, una vez tendido el puente por otro plásmido lo utiliza él
mismo.
o Transposones no conjugativos.
1. lo de los transposones anda así según lo de clase y martina.
Los transposones son segmentos de ADN capaces de moverse desde una posición a otra
del genoma, o desde el ADN cromosómico a un plásmido o viceversa. Se basan en
secuencias de inserción flanqueadas por 2 repeticiones invertidas; son segmentos de
ADN relativamente cortos que contienen la información genética para soltarse de un
punto e insertarse en otro, cambian de localización genética en cualquier sitio. Hay tres
clases de transposones: secuencias de inserción, transposones complejos y
transposones asociados a fagos.
Los elementos de secuencia de inserción son los transposones más simples. Son
constituyentes normales de los cromosomas bacterianos y se pueden integrar en
plásmidos y genomas de fagos. Estas secuencias transportan la información genética
necesaria para la expresión de dos enzimas fundamentales: la resolvasa (que corta la
secuencia en un punto) y la transposasa (que se encarga de su transferencia).
2. ASÍ LO EXPLICA EL MURRAY. Yo casi me entero más por aquí… no sé, no sé…
Los elementos transponibles tienen como función hacer o no funcional a los genes
cambiando de sitio.
Los transposones son segmentos de ADN capaces de moverse desde una posición a otra
en el genoma, o desde el ADN cromosómico a un plásmido y viceversa. Son secuencias
cortas, de entre 800-1000 pares de bases. Fueron descubiertos por primera vez en E.
Colli. Hoy en día se conocen muchos de ellos.
De hecho, los transposones encontrados en bacterias se pueden dividir en tres clases:
secuencias de inserción, transposones complejos y transposones asociados a fagos.
- Secuencias de inserción: son los transposones más simples. Poseen repeticiones
invertidas en sus extremos. Estas secuencias son constituyentes normales de los
cromosomas bacterianos y se pueden integrar en plásmidos y genomas de fagos.
Éstos sólo transportan la información genética necesaria para su propia
transferencia (es decir, el gen que codifica la transposasa). Es posible detectarlos
si su inserción conduce a interrupción o inactivación de genes, o si modifican la
expresión de genes adyacentes.
- Transposones complejos: formado por dos elementos constitutivos: el factor de
transferencia de resistencia y el transposón que contiene los genes para varias
clases de resistencia a fármacos. Esos plásmidos contituyen la causa más común
de resistencia activa a los antibióticos en las bacterias causantes de infecciones.
Los transposones tranferidos por plásmido se subdividen en:
o Transposones compuestos: con una región central que transporta genes
selectivos, por ejemplo, de resistencia a antibióticos. Esa región está
flanqueada en ambos lados por dos elementos SI idénticos o casi. Éstos
pueden adoptar una configuración invertida o repetida directa.
o Familia de transposones TnA: no se consideran compuestos, porque no
requieren la presencia de SI para la transposición. Cada miembro de los
transposones está unido por dos secuencias cortas de repetición. La
región central suele contener 3 genes. Un gen codifica la resistencia a un
antibiótico o sustancia tóxica y los otros dos genes codifican proteínas
participantes en el proceso de transposición: la transposasa y la
resolvasa.
En resumen: Las secuencias de inserción codifican sólo una transposasa y poseen
repeticiones invertidas. Los trasposones compuestos contienen una región central que
codifica resistencias a los antibióticos o a toxinas, flanqueadas por dos SI, que pueden
ser directamente repetidos o invertidos. En los de la familia de las TnA, la región central
codifica tres genes: una transposasa, una resolvasa y una estructura que confiere
resistencia a antibióticos. Durante el proceso de transposición replicativa se utiliza un
sitio de resolución (res). Esta región central está flanqueada en ambos extremos por
repeticiones directas.
Replicación de los transposones: una característica comçun de la transposición es que
los transposones no se mueven al azar, sino que parecen preferir ciertas secuencias
diana. La longitud de las secuencias diana varía en los distintos transposones, y la
secuencia diana es diferente para cada inserción o transposón particular. Durante el
proceso de inserción, la secuencia diana se duplica flanqueando al transposón por
ambos lados.
La transposición se puede producir por dos mecanismos. En la transposición
conservadora, el elemento transpuesto es desplazado desde su lugar de inserción
original hasta su nueva localización. En el caso de la transposición replicativa, el
elemento transpuesto se duplica, lo que conduce a dos copias completas integradas en
orientación directa y separadas por ADN del huésped bacteriano. Los transposones de la
familia TnA sólo se mueven mediante transposición replicativa. En todos los casos, la
presencia de un transposón puede conducir a delecciones o inversiones tras una excisión
aberrantes.
Los genes que hacen virulenta o patógena a una bacteria van en el transposón. Cuando
éste pasa de una célula a otra le da esa capacidad a una bacteria inocua. Así, se habla de
islas de ecogenicidad, son genes que se transmiten juntos de unas bacterias a otras.
VIRUS.
Los virus son estructuras formadas por una molécula de ácido nucleico recubierta de
una estructura proteica. Mientras son una partícula viral, son metabólicamente inertes.
Sólo cuando entran en una célula y toman el control de la maquinaria celular se
consideran metabólicamente activas.
Los virus pueden ser considerados como las formas vivas más sencillas o las formas
inertes más complejas. El virus de la gripe es uno de los más complejos. Debido a su
estructura, el material genético o se compone de ARN o de ADN, pero no pueden
coexistir las dos formas de manera permanente (en algún momento del ciclo viral
coinciden ambas formas pero por poco tiempo).
La capa proteica aislante es la cápside viral. El conjunto de ácido nucleico y cápside se
conoce como nucleocápside; y es la estructura elemental básica de cualquier virus.
Generalmente la cápside u otra parte del virus, presenta proteínas que se proyectan al
exterior para establecer contacto con el medio conocidas como espículas o espinas.
Algunos virus presentan además una recubierta lipídica, por fuera de la nucleocápside.
El virus de la gripe tiene 7 fragmentos de ácido nucleico. Éstos junto con la cápside
forman la nucleocápside, por fuera se sitúa la membrana lipídica con glucoproteínas
insertadas, es decir, con las espículas o espinas.
ESTRUCTURA DEL VIRIÓN.
El virión es la partícula infecciosa, éste carece de metabolismo y utiliza por tanto el de
la célula huésped. Entre sus estructuras encontramos:
1. Nucleocápside: estructura obligada (todos los virus la tienen!!) Formada por el
ácido nucleico y los capsómeros (monómeros de proteínas)
2. Envoltura lipídica: tomada de la célula parasitada. No todos los vírus la tienen.
3. Matriz proteica: puede situarse entre la nucleocápside y la envoltura.
4. Peplómeros o espículas glicoproteicas: establecen contacto entre virus y el
mundo exterior. Son estructuras obligadas de los virus!!.
a. Sobresalen de la nucleocápside (virus desnudos) o de la envoltura.
b. Codificados por el genoma viral.
TIPOS DE CÁPSIDES VIRALES.
Formada por unidades proteicas: los protómeros (de bajo peso molecular). Los
protómeros se agrupan para formar las unidades de la cápside o capsómeros.
Según su forma de asociación, la simetría de la cápside es variable:
- Helicoidal: todos los capsómeros son iguales y adoptan la forma de doble hélice
del material genético, se unen al material genético para protegerlo.
- Icosaédrica: cápside con un total de 20 caras en el que se combinan dos tipos de
capsómeros:
o Pentámeros: situados en los vértices y en contacto con 5 unidades.
o Hexámeros: situados en el centro y en contacto con 6 unidades a la vez.
- Compleja: son más escasos y combinan diferentes tipos de capsómeros.
TIPOS DE GENOMA VIRAL.
Puede ser excepcionalmente variable: formado por ARN o ADN. Nunca tendrán los dos
tipos. Sólo algunos, como el virus de la hepatitis B, al principio tiene los dos pero
cuando abandona la célula como partícula vírica, sólo posee ADN.
- Genoma de ADN: puede ser…
o Bicatenario: con doble cadena complementaria.
o Monocatenario: una sola hebra, ya sea lineal o circular.
- Genoma de ARN:
o Bicatenario: doble hebra de ARN complementario.
o Monocatenario cadena (+) o CODIFICANTE: se traduce en el
ribosoma a proteínas. Es similar a un ARNm puede ser entendida por el
ribosoma directamente.
o Monocatenario cadena (-) o NO CODIFICANTE: Es una cadena
complementaria a la codificante (no es leída de forma directa).
o Monocatenario ambisentido: con fragmentos codificantes (+) y no
codificantes (-).
o Fragmentado (generalmente doble cadena): son raros. Los fragmentos
son independientes entre sí. Lo presenta por ejemplo, el virus de la gripe.
Un virión es una partícula viral completa, con capacidad infecciosa y con todas sus
estructuras (núcleo, cápside, espículas). Puede haber partículas virales que sean
defectuosas: no son viriones.
PRINCIPALES TIPOS DE VIRUS DE VERTEBRADOS
Clasificamos los virus según el tipo de célula que infecte, y la estructura de su genoma.
Así, los dividimos en:
1) Clase I
Su genoma es ADN bicatenario de cadena + y -.
2) Clase II
Su genoma es ADN monocatenario de cadena +.
3) Clase III
Su genoma es ARN bicatenario de cadena + y -.
4) Clase IV
Su genoma es ARN monocatenario de cadena +.
5) Clase V
Su genoma es ARN monocatenario de cadena -.
6) Clase VI
Su genoma es ARN monocatenario de cadena positiva. Es un retrovirus que
transforma el ARN en ADN con una enzima retrotranscriptasa.
7) Clase VII
Su genoma es ADN bicatenario de cadena + y -. Cuando el genoma se libera en
la célula se replica en forma de un intermediario de ARN que luego se
transforma en ADN por medio de la enzima retrotranscriptasa.
Los virus pueden tener o no membrana lípidica, así se dividen en virus con envoltura o
virus desnudos.
Los virus son parásitos intracelulares obligados. La partícula viral penetra en la célula,
desaparece como tal quedando solo genoma viral. Se sintetizan proteínas y genomas
virales que se unen y forman nuevos virus que finalmente salen de la célula como virus
nuevos.
Los virus son estructuras excepcionalmente particulares. Cuando hablamos de
crecimiento hablamos de multiplicación viral (no de replicación). Esta multiplicación
viral no es simétrica, es decir, no pasa de 1 a 2, de 2 a 4… sino que cuando un virión
infecta una célula primero hay 0 viriones (el virión en la célula se desintegra y solo
queda su genoma) y al fina miles de viriones que salen al exterior de la célula infectada
para infectar nuevas células.
CICLO DE MULTIPLICACIÓN VIRAL
Un virión entra en la célula y se multiplica al empezar a expresar el genoma viral y a
formar nuevas proteínas virales destinadas a constituir las cápsides. Finalmente los
nuevos genomas y las proteínas se unen dando lugar a nuevos virus que salen al exterior
de la célula infectada para infectar células nuevas.
El ciclo de multiplicación viral tiene tres fases:
1) Fase de infección
Comprende desde el momento en el virión está fuera de la célula hasta que el
genoma vírico se encuentra libre en el interior de la misma.
2) Fase de expresión y replicación del genoma
Incluye la replicación del genoma y la síntesis de proteínas de codificación viral.
3) Fase de ensamblaje y de salida
Las copias virales se organizan formando nuevos viriones que salen al exterior.
1. Fase de infección
La fase de infección se subdivide:
a. Adherencia
El virus entra en la célula uniéndose a ella por medo de las espículas: proteínas
que reconocen de forma específica algunos receptores de la membrana célular.
Estos receptores son normales en la célula y los virus tienen la capacidad de
reproducirlos para poder así infectar a las células. Los virus van a ser
“específicos” de determinados tipos celulares: algunos van a atacar células
epiteliales…
b. Penetración
Una vez que el virión está unido a la membrana de la célula tiene que pasar al
interior. Para ello usa distintos mecanismos:
 Translocación directa
Atraviesan la membrana por un mecanismo desconocido. Generalmente
usan este mecanismo los virus desnudos.
 Fusión de membrana
La membrana celular se fusiona con la membrana viral. Se establece
contacto membrana-membrana. La unión del virión al receptor induce la
fusión de membranas. Recordemos que la membrana lípidica vírica
procede de la membrana celular de las células infectadas.
Sólo entran por este mecanismo los virus con envoltura.
 Endocitosis mediada por receptor o viropexis
Es el mecanismo más común, por este mecanismo pueden entrar virus
desnudos o con envoltura. La unión de las espículas al receptor induce la
a la célula a la endocitosis.
Es la más general porque el endosoma se acidifica y la proteínas
cambian. Así a pH ácido el virus es capaz de inducir la fusión de
membrana o alterar la nucleocápside para poder atravesar la membrana
endocítica.
c. Decapsidación
Consiste en la liberación del genoma. Hay varias formas de decapsidación:
 La manera más burda es la desorganización en la superficie celular en
el momento de entrar.
 En los endosomas por alteración de las proteínas de la nucleocápside
debida a la acidificación de endosoma.
 En la membrana nuclear. Los virus llegan al núcleo manteniendo
protegido el genoma en la nucleocápside que es transportada por el
sistema citoesquéletico (microtúbulos) hasta los poros nucleares donde el
genoma vírico es liberado.
 Decapsidación por fases (bifásica)
En una primera fase las enzimas celulares degradan la estructura de la
nucleocápside y permiten la liberación de enzimas víricas, las cuales
terminan la decapsidación.
 Decapsidación parcial
La nucleocápside se abre y permite el acceso de enzimas al material
genético para descapsidarlo pero nunca se desorganiza del todo.
2. F. de expresión, replicación del genoma viral
Es fase se divide en:
a. Síntesis de proteínas
Se necesita ARNm para poderlo llevar a cabo.
 ARN bicatenario +-  es transformado por una enzima viral en ARN
monocatenario mediante la enzima ARN polimerasa ARN dirigida.
 ADN vírico bicatenario +-  es transformado en ARNm por enzimas
celulares.
 ARN monocateriano (-)  Primero se transforma en ARN (+-)
complementario por una enzima viral. Luego pasa a ARNm por acción
de otra enzima de origen viral.
 ARN monocatenario (+)  es ya ARNm por lo que puede ser
traducido o expresado directamente.
 Retrovirus  es ARN (+) que es teóricamente codificante pero usan
otro sistema replicativo que les lleva directamente al núcleo: pasan el
ARN a ADN por medio de una reversotranscriptasa, este ADN se
transforma en bicatenario por complementariedad. El ADN bicatenario
va a integrarse en el cromosoma celular y va a poder expresarse de esta
forma ARNm.
La expresión del genoma de los virus es secuencial.
Ponemos como ejemplo: ADN (+-) bicatenario y ARN (+) monocatenario.
 ADN (+-) bicatenario
Según el genoma se libera se expresa una primera tanda de ARNm que es
un promotor reconocido por las ARN polimerasas y es traducido en una
primera tanda de proteínas: las proteínas α, cuya función es la protección
del virus contra los mecanismo de defensa celulares e intento de toma del
control molecular de la maquinaria celular. Estas proteínas α también
actúan como promotores para la producción de una segunda tanda de
ARNm que se va a traducir en las proteínas β o proteínas tempranas que
tiene por función aumentar el número de replicaciones del genoma e
inhibir la síntesis de proteínas α. Como consecuencia, aumenta el número
de ácidos nucleicos. Las proteínas β actúan sobre ellas e inducen la
producción de las proteínas γ (inhiben a las proteínas β): proteínas
estructurales del virión que van a formar las cápsides de los nuevos virus
que se están formando para infectar nuevas células. Así, las proteínas γ se
unen a los ácidos nucleicos y forman nuevos viriones que salen al
exterior.
 ARN (+)
Este ácido nucleico tiene una serie de limitaciones:
- Poco ácido nucleico
- Poco espacio de codificación
- No tienen intrones
- Tienen operones policistrónicos y tiene que usar la maquinaria
celular que es monocistrónica.
Para superar estas limitaciones genera una poliproteína que por acción
autocatalítica o por proteasas virales que forman parte de la cápside se
rompe dando lugar a las proteínas encargadas de la replicación del
genoma (son proteínas similares a las proteínas β). Estas proteínas
encargadas de la replicación de genoma sintetizan cadenas
complementarias ARN (-) a partir del cual obtiene ARN (+-) bicatenario
que va a dar lugar a ARNm.
Esto hace que se genere un nuevo ARNm que puede ser leído
alternativamente generando una nueva poliproteína que por acción de
proteasas virales se rompe en proteínas estructurales de la cápside.
Para poder producir la síntesis de proteínas el virión utiliza la maquinaria celular
por lo que tiene que inhibir la producción de las proteínas celulares mediante:
 Elevada concentración de ARNm viral
Aumentando así la probabilidad de que el ribosoma se una a ARNm.
 Inhibición de la exportación de ARNm celular (del núcleo al
citoplasma)
Así es más difícil unirse al ribosoma que se encuentra fuera del núcleo.
 Bloqueo de la síntesis y aumento de la degradación de ARNm
Inhibe la síntesis al inhibir a la ARNpolimerasa (ellos no usan este
enzima sino las transcriptasas).
Aumenta la degradación inhibiendo la cadena de poliA.
 Modificaciones ribosómicas
Para aumentar la afinidad de éstos por el ARNm viral.
b. Síntesis de ácido nucleicos
Generalmente se replican a través de intermediarios o de dobles cadenas
independientemente de que el genoma sea bicatenario o monocatenario.
La mayor parte de los virus se replican generalmente por círculos rodantes: se
circularizan antes de replicarse. Una vez formado el círculo de doble cadena se
abre la cadena, se aleja 5’ y se van añadiendo nucleótidos a 3’ (de 5 a 3 en la
cadena molde). La cadena se sigue abriendo sintetizándose:
 en la que se separa por fragmentos de Okazaki.
 en la que queda cerrada sintetizándose entera.
Cada vez que se abre la cadena de afuera se va a sintetizar más ADN dando
lugar a un concatámero (varias copias del genoma).
El ADN monocatenario genera ADN bicatenario y una de las réplicas de la
cadena es la que se mete en el virión.
El ADN (+-) se replica a ADN (+-) usando la maquinaria celular normal. Esa
réplica ADN (+-) es la que se incluye en el virión.
El ARN (+) sintetiza un intermediario de doble cadena que se transcribe a una
cadena + que pasa al virión.
El ARN (-) sintetiza un intermediario de ARN (+-). La cadena (-) pasa al virión
mientras que la cadena (+) va a la expresión de proteínas.
En el caso de ARN (+-) un enzima de origen viral replica un intermediario de
doble cadena que es el que va al virión.
Los retrovirus depositan su ARN (+) en el interior de la célula asociado a la
retrotranscriptasa que genera una cadena complementaria al ARN de ADN
dando lugar a una hélice heterodúplex (ADN +ARN). La retrotranscriptasa
elimina la cadena de ARN y la sustituye por ADN dando lugar a una cadena de
ADN bicatenario. Una vez que existe el ADN de doble cadena se inserta en el
cromosoma y es transcrito por la ARN polimerasa a ARN que o bien va al virión
o se usa como ARNm.
Variabilidad genética en los virus
La replicación del genoma viral conlleva una gran variabilidad genética de los virus
debida a tres mecanismos:
1) Elevada tasa de mutación (baja viabilidad de las enzimas)
Todos lo virus de ARN se multiplican con enzimas de origen viral que
funcionan polimerizando ARN.
Biológicamente a cualquier ser vivo le importa mucho que cuando copie
lleve un error.
Un virus produce ARN continuamente, esto conlleva la posibilidad de una
gran tasa de errores.
La ADN polimerasa tisular tiene baja tasa de errores. Sin embargo, algunos
virus de ADN sintetizan sus propias ADN polimerasa más rápidas pero con
una tasa de errores mayor.
Una infección viral genera una nube de genomas alrededor de un genoma
viral dominante llamado cuasiespecie.
Esto además tiene otra implicación: muchos genomas sean funcionales o no
son introducidos en una cápside. Así, de la célula infectada:
- genomas funcionales
- genomas más o menos funcionales
- genomas afuncionales (incapaz de producir cápside)
Esto explica un fenómeno: el efecto von Magnus. Si tenemos una población
de células más o menos próximas y lo infectamos con virus que se empiezan
a multiplicar y salen en masa de la célula. Entran 10 virus en cada célula,
con que uno de esos diez virus produzca cápsides funcionales los otros
nueve pueden tener genoma afuncional que usando las cápsides del virus
funcionales pueden salir al exterior. Así va a llegar un momento en que
todos los virus que entran en una célula sean funcionales. Se observa una
pérdida de actividad infecciosa.
2) Recombinación genética entre cepas (o entre dos puntos de la cuasiespecie)
Cuando 2 genomas distintos de un virus se encuentran en una misma célula
pueden recombinarse:
- siguiendo los mecanismos de recombinación celulares
- en los ARN virus las transcriptasas pueden dejar de sintetizar
un trozo de ADN y buscar otro trozo suelto en el citoplasma.
No siempre la transcriptasa va a unirse en al nuevo trozo en la
misma posición en la que se soltó dando lugar a una mayor
variación.
3) Reordenamiento (genomas segmentados)
Se da en virus que tienen su genoma en segmentos como es el caso del virus
de la gripe. Si una célula está infectada por dos virus con este tipo de genoma
los segmentos pueden mezclarse aumentando así la variabilidad genética.
Lo mismo ocurre con los virus bacteriófagos (fagos) que pueden equivocarse
y meter segmentos de genoma bacteriano.
Un ejemplo de reordenamiento es el virus de la gripe. Tiene que buscar en la
célula infectada los distintos segmentos; si esa célula está infectada por otra
cepa de gripe distinta o por otro virus pueden producirse equivocaciones. La
gran variabilidad del virus de la gripe se debe a esto y al hecho de que es un
ARN virus.
3. Ensamblaje y salida
Ocurre de la siguiente forma:
a. Inserción de glicoproteínas virales en las membranas celulares.
La mayor parte de los virus con envoltura presentan en sus membranas antígenos
de la célula a la que infectan.
b. Unión de los capsómeros
Se unen al centro citoplasmático de las glicoproteínas.
c. Empaquetamiento del ácido nucleico
d. Maduración de la cápside para proteger al genoma
e. Salida del virión
El virión puede salir por los siguientes mecanismos:
 Exocitosis
Es un mecanismo inverso a la endocitosis. Utilizan este mecanismo los
virus con envoltura.
 Secreción celular
Se realiza a través del aparato de Golgi. Es utilizado por los virus con
envoltura o desnudos.
 Lisis celular
Este mecanismo conlleva la muerte celular. Salen, por este mecanismo,
virus desnudos (algunos con envoltura también pero es poco frecuente
porque los virus con envoltura cogen la membrana de la célula infectada.
Si la célula infectada se rompe no pueden pillar membrana pero para
poder usar este mecanismo algunos virus con envoltura cogen membrana
nuclear).
La salida del virus se produce de la siguiente manera: las espículas se insertan en
la membrana celular, la parte citoplasmática de las proteínas sirven de anclaje
para las proteínas de la cápside. Las espículas tienden a excluír las proteínas de
las membrana celular (pero prácticamente todos los virus llevan alguna proteína
celular que se les cuele). La unión de la nucleocápside inicia es proceso de
asociación o gemación de la membrana. Así, el virus va saliendo llevando el
trozo de membrana.
CARACTERÍSTICAS VIRALES ASOCIADAS A SU ESTRUCTURA
1) Envoltura
La envoltura es muy sensible a condiciones ambientales, como ahí están las
espículas (mecanismo de relación) por lo que si la envoltura se rompe el virus
queda aislado.
Los virus con envoltura insertan las espículas en la membrana celular. Si
aparecen proteínas de origen viral en la membrana plasmática, éstas modifican
sus proteínas lo que permite la salida por gemación o secreción sin muerte
celular.
2) Ausencia envoltura
Los virus sin envoltura tienen una alta resistencia a factores ambientales.
Además las espículas están bien sujetas a la cápside. Generalmente su salida
implica la lisis de la célula (aunque también pueden salir por Golgi). Al carecer
de envoltura los anticuerpos se unen directamente a la nucleocápside con lo que
van a dificultar el mecanismo de decapsidación.
3) Genoma ADN
El ADN es estable dentro de la célula (teóricamente puede durar eternamente)
por lo que permite la presencia de infecciones duradera, persistentes de la célula.
Generalmente, se usa la maquinaria celular para sintetizar ARN y para la
expresión de proteínas por lo que para hacer eso tiene que infectar células
proliferantes o inducir a la célula infectada para secretar factores de estimulación
mediante enzimas celulares.
La variabilidad de este genoma es limitada.
4) Genoma ARN
Es poco estable y tiende a ser reciclado. El virus entra, se multiplica rápidamente
en el citoplasma y deja la célula. Suelen producir infecciones líticas.
Se multiplica en el citoplasma y no requiere proliferación celular porque usa
enzimas virales.
Su capacidad de variabilidad genética es elevada.
INTERACCIÓN VIRUS-CÉLULA
Según el tipo de interacción las células se dividen en:
a. Células permisivas
Permiten la realización completa del ciclo vírico.
b. Células no permisivas
Impiden la expresión de proteínas y la replicación del virus. Con aquellas células
que carecen de receptor para el virus. La célula no prolifera por mucho que el
virus la induzca.
c. Células semipermisivas
Son células que permiten la realización ineficaz o lenta del ciclo o sólo permiten
algunos pasos de la multiplicación. No emiten nuevos virus infectantes.
EFECTOS DE LA INFECCIÓN VIRAL
Los virus en conjunto son muy poco virulentos. La mayoría de las infecciones virales
son asintómaticas.
No siempre la lisis celular lleva a la muerte del organismo.
INTERACCIÓN VIRUS- CÉLULA: resultado de la infección.
1. Abortada: células no permisivas o virus defectuosos. El vírus establece
contacto pero no entra o entra pero no se divide. Puede ser:
a. No lleva genoma.
b. Con genoma afuncional.
2. Muerte celular:
a. son virus con elevada tasa de producción o salida por lisis.
b. ARN, ADN con o sin envoltura.
i. Es un virus lítico; para alimentarse, mata a las células huésped.
3. Infección persistente: permanece durante cierto tiempo infectando la célula.
a. Crónica: de liberación lenta y continua sin muerte celular: se multiplica
de forma lenta y poco agresiva.
b. Latente: expresión parcial; el virus infecta ala célula, no se multiplica (o
lo hace lentamente), no se cierra el ciclo. En algún momento acaba
reactivándose.
c. Inmortalizantes: generalmente por integración del genoma viral en el
genoma celular.
PATOGÉNESIS VIRAL: Efecto citopático viral… Se debe a:
1. Inhibición de la síntesis macromolecular: cuando un virus penetra en la célula,
fabrica proteínas αtempranas con el fin de bloquear a la célula huésped para que
ésta no lo elimine y hacerse con la maquinaria metabólica. Por tanto, elimina la
síntesis de proteínas que al virus no le interesa.
2. alteración de la permeabilidad de la membrana: por inserción de
glucoproteínas virales en la membrana, gran consumo de energía que hace el
3.
4.
5.
6.
7.
virus y que conlleva la limitación del funcionamiento de las bombas de la
membrana, depósitos de calcio que alteran la membrana..
fusión de membranas (formación de sincitios afuncionales): el sincitio es una
estructura multinucleada resultado de la fusión de células; el cenocitio, es
también una estructura multinucleada pero su resultado se debe a la no división
del citoplasma tras la replicación del núcleo.
El virus entra por fusión de membrana al interior celular. Para ello expresa
glucoproteínas en la membrana que pueden interactuar con otras glucoproteínas
de células vecinas e ir provocando de esta forma la fusión de membranas. Esto
conlleva efectos como:
- el genoma pasa de una célula a otra libremente sin exposición
al sistema inmune.
- El sincitio alcanza un volumen en el cual deja de ser
funcional.
depósito de proteínas virales: los virus producen gran cantidad de proteínas
virales: proteasas, proteínas reguladoras de la replicación.. si se depositan en el
citoplasma pueden causar diversas alteraciones.
desorganizacón del citoesqueleto celular (proteasas virales): Con poco
genoma y siendo éste monocistrónico, el mecanismo más habitual para la
producción de proteínas en abundancia se basa en la formación de poliproteínas
que luego cortan en determinados lugares mediante proteasas. Algunas veces
éstas además de cortar estas poliproteínas también cortan proteínas estructurales
del citoesqueleto.
daños cromosómicos y alteración de la expresión génica: los virus deben
promover la transcripción. Los promotores que actúan induciendo la
transcripción de proteínas virales, pueden también activar la replicación de
proteínas celulares (en reacción cruzada con los promotores virales).
otros como inmunodepresión, alteraciones metabólicas, subexpresión de
sustancias en el interior celular…
OTRAS FORMAS INFECCIOSAS SIMPLES:
- Viroides: segmentos de ARN circular, desnudos (sin cápside), capaces de penetrar
en vegetales y obtener copias dentro de una célula.
- Priones: proteínas infecciosas. Son capaces de entrar en una célula y acumularse (al
multiplicarse). Rompen con el dogma central de biología: ADN→ARN→proteínas.
La información no pasa de proteína a ARNm, sino de proteína a proteína.
Para que un prión se multiplique, tiene que reunir una serie de condiciones:
1. la especie hospedadora deben producir una proteína, forma natural de la
priónica.
2. la célula debe expresarla también para producir proteínas.
3. tiene que expresar una variante alélica que permita que el prión actúe sobre la
proteína natural y pueda transformarla en proteína priónica. Las encargadas de la
transformación son las chaperonas (las mismas que controlan la degradación de
las proteínas celulares).
Todas las proteínas están reguladas por feed-back negativo. Los sistemas de
control celular reconocen una proteína distinta, siguen con la síntesis de esa
proteína que no detectan que ya poseen, por tanto, inducen la síntesis de nuevas
proteínas, que son transformadas en priones y se acumulan. Esta acumulación
lleva finalmente a la muerte celular.
DEFENSA ANTE
MICROBIOS
FACTORES QUE DEFINEN UN ECOSISTEMA MICROBIANO
Los organismos se relacionan con el entorno. Se estructuran con los ecosistemas.
Espacialmente puede que sean pequeños, pero biológicamente pueden llegar a ser muy
complejos.
Los factores estabilizadores de un ecosistema son:
- Factores de nutrición: pueden ser:
o Endógenos: producidos por el ecosistema en sí mismo.
o Microbianos: siguen siendo endógenos, pero producidos por
microorganismos.
o Exógenos: producidos fuera del ecosistema.
- Factores de fijación: para permanecer en el ecosistema, los microorganismos se
tienen que fijar a él. Depende de:
o Tipo de sustrato: no es lo mismo un sustrato acelular (catéter o un
diente) que la adhesión a una célula o tejido (sometidos a descamación).
o Capacidad de adhesión: con receptores específicos para el sustrato.
o Agregación/coagregación:
La agregación se refiere a la capacidad de un microorganismo de
adherirse a un sustrato.
La coagregación se refiere a la incapacidad de una especie de adherirse a
un sustrato si no está instalado otro microorganismo en él previamente.
- Factores físico-químicos: humedad, pH, temperatura, potencial redox.
- Factores antimicrobianos ambientales:
o Mecánicos: descamación, la presencia de saliva o lágrimas que pueden
arrastrarlos de su medio…
o Químicos: antibióticos o sustancias neutralizantes.
- Interrelación microbiana
o Competición (-): menos organismos pueden competir por un punto de
unión a un nutriente.
o Competición (+): algunas sustancias producidas por el microorganismo
son capaces de activar el crecimiento de otros; sintetizan factores de
crecimiento.
o Producción de sustancias tóxicas impidiendo el crecimiento de otro
organismo.
TIPOS DE ASOCIACIONES ENTRE MICROORGANISMOS
1. Asociación positiva: ambas especies obtienen beneficio, se conoce como
mutualismo.
2. Asociación negativa: al menos una de las dos especies sufre un daño. Dentro de
las negativas encontramos:
a. Antibiosis: un organismo produce factores que impiden el crecimiento de
otros; las toxinas, por ejemplo.
b. Depredación: un organismo mata a otro para comérselo.
c. Parasitismo: relación en la que un organismo vive en o sobre otro
obteniendo un beneficio a costa del daño del otro. Es la asociación que
más nos interesa, porque es la que se produce en las enfermedades
infecciosas.
3. Asociación neutra: es el comensalismo; en ella los dos organismos están en el
mismo sitio pero ninguno genera beneficio o daño, no se molestan. En todo
caso, pueden sacar beneficio pero sin llegar a causar daño.
Existen muchos microorganismos que son anfibiontes: en determinadas
circunstancias son comensales pero que, cambiando las condiciones del entorno,
comienzan a comportarse como parásitos.
TIPOS DE MICROBIOTA NORMAL
Muchas enfermedades se deben a microorganismos endógenos. El ser humano contiene
poblaciones microbianas más o menos estables; al conjunto se le conoce como flora
microbiana, aunque últimamente se tiende a llamarlo como microbiota.
Aunque existen zonas habitualmente estériles (sangre, cavidades, tracto respiratorio
superior, tracto urinario superior), existen zonas con abundante microbiota (tracto
urinario inferior, vías respiratorias superiores, aparato digestivo).
Dentro de estas microbiotas se distinguen:
- Residente: está en la gran mayoría de la población en el mismo sitio durante un
gran periodo de tiempo. Aunque las condiciones cambien tienden a restablecerse
y mantener el equilibrio.
- Transitoria: está en cierto momento en el organismo. Por ejemplo, la flora de la
piel se compone de microorganismos que no colonizan la piel, pero “pasan por
ahí”. Tienden a ser eliminados por las barreras de defensa o por competencia con
otros microorganismos residentes.
PATOGENICIDAD= VIRULENCIA – RESISTENCIA.
La virulencia es la capacidad del parásito para colonizar al hospedador y provocar en él
alteraciones patológicas. La resistencia es el mecanismo del hospedador por el que
intenta oponerse a la acción del parásito.
Según sea la virulencia o la resistencia, el resultado de la patogenicidad puede ser
distinto. Así, organismos comensales pueden convertirse en parásitos, por ejemplo al
cambiar la resistencia o al cambiar de entorno, lo que hace que sean más virulentos.
P= f (V – R); entonces, la patogenicidad es una función que depende de ambas
variables, pero en
ella también es necesario considerar otros factores.
Entre esos factores, podemos considerar la vía de entrada al organismo (sangre,
respiración...), el tamaño de la población (la dosis), etc.
****un organismo cuanto más virulento es, menos está afectado por la dosis.
RESULTADO DE LA INTERACCIÓN HOSPEDADOR- PARÁSITO
La interacción hospedador-parásito puede dar lugar a gran variabilidad de resultados:
1. la interacción no se establece: el contacto entre ambos se establece, pero el
parásito es eliminado de inmediato por el hospedador.
2. el parásito se establece, se multiplica y mata al hospedador.
3. se establece interacción pero el parásito es eliminado por las defensas del
hospedador.
4. Se establece interacción y la defensa se vuelve perjudicial para el propio
hospedador (hipersensibilidad).
En la hipersensibilidad el sistema de defensa induce una respuesta exagerada, o
tiene que hacerlo, que provoca un daño en el organismo, por tanto la acción
dañina del microorganismo no es tanta como la que provoca el propio
organismo.
5. Se establece y la defensa no lo elimina. En este caso estamos ante una
enfermedad crónica.
En muchos casos, la virulencia va a depender de la capacidad del
microorganismo para superar la resistencia. Por ello hablamos de inmunidad.
La inmunidad es la reacción del organismo frente a sustancias extrañas,
incluidos loa microorganismos y las macromoléculas, sin implicar las
consecuencias fisiológicas o patológicas de tal reacción.
INMUNIDAD
1) Desde el punto de vista proteico:
a. La inmunidad humoral es llevada a cabo por proteínas séricas y otras
proteínas que son los anticuerpos producidos por las células.
b. La inmunidad celular es llevada a cabo por linfoquinas e interleuquinas
(IL).
2) Desde el punto de vista celular:
a. La inmunidad humoral incluye a los polimorfonucleares neutrófilos
(PMN) y a los linfocitos B.
b. La inmunidad celular incluye a los linfocitos T y a los macrófagos.
3) Están especializadas:
a. La inmunidad humoral se ocupa de los parásitos extracelulares.
b. La inmunidad celular se encarga de los parásitos intracelulares.
ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA DE DEFENSA
1) Inmunidad humoral
a. La inmunidad innata tiene como componentes para la inmunidad
humoral a los PMN y a las proteínas séricas del complemento.
b. La inmunidad adquirida tiene los anticuerpos producidas por los
linfocitos B.
2) Inmunidad celular
a. En la inmunidad innata encontramos a los macrófagos y las células NK
que producen citoquinas.
b. Dentro de la inmunidad adquirida encontramos a los linfocitos T que
están encargados de los parásitos intracelulares.
El sistema de defensa se organiza en tres líneas de defensa sucesivas que impiden el
acceso o promueven su eliminación; según su modo de reconocimiento y su función:
1. Inmunidad innata
2. Inmunidad adaptativa: con dos ramas de acción..
a. humoral: a través de moléculas solubles (en sangre, tejidos)
b. celular: acción directa de las células.
RESISTENCIA DEL HOSPEDADOR
La inmunidad se desarrolla en tres líneas de defensa.
1) Primera línea de defensa
Es la más importante. Se encuentra en la piel y mucosas. Cuando faltan la piel y
las mucosas se producen gran número de infecciones (ej. infecciones
generalizadas en los grandes quemados).
Los factores que intervienen en esta línea de defensa son:
a. Físicos
Son la piel, la tos, el estornudo, los fluidos (cera, moco, lágrima)…
b. Químicos
Son el pH y sustancias químicas antimicrobianas que son sustancias
enzimáticas contra sustancias microbianas (peroxidasa que produce
intermediarios reactivos de O2, lisozima de la saliva y de las lágrimas
que destruyen la pared de peptidoglicano de las bacterias).
c. Biológicos
Es debido a la presencia de organismos de la microbiota normal que
compiten con los parásitos por los recursos. Además, pueden producir
factores de antibiosis que inhiben el crecimiento de los parásitos.
2) Segunda línea de defensa
Está formada por células y proteínas.
a. Células
Son células fagocíticas y células NK.
b. Proteínas
Interferón (IFN), proteínas del sistema del complemento y proteínas de
fase aguda como la proteína C reactiva.
c. Otros
Mediadores de la inflamación como prostaglandinas y leutrienos.
3) Tercera línea de defensa
Está constituida por las células linfocitarias.
a. Los linfocitos B que producen anticuerpos.
b. Los linfocitos T que producen interleuquinas.
RESUMEN
- 1ª LÍNEA: se encarga del aislamiento del entorno del microorganismo. Está
constituida por la piel (que es prácticamente impermeable a cualquier
organismo mientras permanece intacta) y las mucosas (no tan impermeables).
- 2ª LÍNEA: usa mecanismos de reconocimiento generales (“pide pasaporte”).
Utiliza mecanismos de acción brutos, poco específicos.
- 3ª LÍNEA: es adquirida; mira con lupa los microorganismos y trata de ir al lugar
donde más daño hace.
La inmunidad innata incluye la 1ª y 2ª línea de defensa y se caracteriza por:
- Es debida a células mieloides.
- Es inespecífica del agente causal, la célula actúa sobre cualquier
microorganismo.
- No mejora con los contactos repetidos (no tiene mecanismo de memoria).
La inmunidad adquirida, abarca la 3ª línea y sus características son:
- Se debe a células linfoides (linfocitos T y B).
- Es específica de agente: actúa en cada microorganismo particularmente (un
anticuerpo de la gripe no actúa sobre el del sarampión)
- Mejora con los contactos repetidos (tiene mecanismos de memoria). La reacción
de la defensa se mejora con cada contacto.
FAGOCITOSIS
Pertenece a la segunda línea de defensa. Es llevada a cabo por los fagocitos. Existen
bastantes tipos de células con capacidad fagocitaria pero entre ellas destacan los
fagocitos profesionales.
1) Fagocitos mononucleares: fagocitos y macrófagos.
Tiene una amplia distribución celular pero se encuentran, fundamentalmente en
tejido conectivo. Tienen una vida media alta y un elevado número de
mitocondrias (poseen un importante metabolismo oxidativo), esto les permite
destruir parásitos intracelulares que se ocultan en la estructura celular para no
estar expuestos a la vista del sistema de defensa.
2) Fagocitos PMN: neutrófilos
Se encuentran en el torrente sanguíneo que sólo abandonan en caso de agresión o
inflamación.
Su vida media es corta (sólo se producen en caso necesario).
Tiene un bajo nivel de mitocondrias pero una gran cantidad de gránulos de
glucógeno que les permite sobrevivir en lugares anaerobios por fermentación, así
pueden atacar bacterias que se refugian en condiciones anaerobias.
Se encargan de destruir parásitos extracelulares una vez que los han fagocitado.
Fases de la fagocitosis
1) Adherencia del parásito a la superficie del macrófago.
Tiene mecanismos de reconocimiento, no demasiado específicos: reconoce
patrones polimórficos (ppps).
Tienen una leptina (proteínas que reconoce azúcares) que reconoce manosa. La
manosa es un azúcar poco frecuente en las células eucariotas pero muy
frecuentes en los oligosacáridos de la pared de la bacteria gram - .
Además, el macrófago presenta receptores específicos para opsoninas. Las
opsoninas son sustancias producidas por el sistema de defensa (tanto por la
segunda como por la tercera línea de defensa) que marcan e inducen lo que debe
ser fagocitado. Hay opsoninas del sistema innato (complemento C3b) y el
sistema adquirido (anticuerpos).
2) Internalización
Una vez que el macrófago se ha adherido, internaliza aquello a lo que se ha
adherido. La fagocitosis va a ser distinta dependiendo del sistema de
reconocimiento usado: leptina de manosa, reconocimiento por C3b,
reconocimiento por anticuerpos…
3) Formación del fagosoma
El fagosoma se une al lisosoma.
4) Destrucción intracelular
Puede tener lugar por:
a. Estallido oxidativo (en el fagosoma)
Se produce un aumento de los metabolismos oxidativo del macrófago
con producción de reactivos oxidantes. La oxidación es uno de los
mecanismos preferidos para matar células. Además, se liberan defensinas
(péptidos de gran afinidad que alteran al permeabilidad), fosfatasa
ácida…
b. Síntesis de NO
Se fagocitan por este mecanismo aquellos microorganismos que son
capaces de sobrevivir dentro del fagosoma (debido a la inhibición de la
fusión, huída al citoplasma, afectación de las bombas de iones…).
c. Otros
Ej. fosfatasa ácida y defensinas.
d. Exocitosis
Los restos del patógeno eliminado son emitidos al exterior.
Los PMN se especializan en la destrucción de organismos intracelulares que sobreviven
a la vesícula fagosómica.
La fagocitosis es el mecanismo más eficaz de destrucción de microorganismo; más
incluso cuando interviene la tercera línea de defensa.
Problemas de la fagocitosis
Los problemas de la fagocitosis son:
1) Requiere un aviso para funcionar. Este aviso viene dado por las opsoninas que
“marcan” aquello que debe ser fagocitado.
2) Las células fagocitarias tienen que estar cerca del elemento atacante para poder
eliminarlo.
INFLAMACIÓN
Es un mecanismo eficaz de eliminación de microorganismos ya que intenta incrementar
los recursos del sistema de defensa en el lugar de la lesión sea ésta física, química o
biológica. La inflamación actúa a través de tres acciones:
1) Quimiotaxis
Es la producción de sustancias químicas que atraen a las células de defensa al
lugar de la lesión.
2) Aumento de la permeabilidad capilar
De esta manera, permite la salida fácil de células y factores proteicos de la
sangre.
3) Aumento del riego sanguíneo
Para aumentar la llegada de más células, más proteínas…
Podemos dividir la inflamación en tres fases:
1) Respuesta vascular aguda
Se produce la vasodilatación y el aumento de la permeabilidad. Es una reacción
inmediata (minutos).
2) Respuesta celular aguda
Es una respuesta que se produce entre las 6 y 24 horas de la lesión. Consiste en:
a. Aumento de la marginación y diapédesis de PMN
La marginación consiste en la salida de leucocitos de la sangre, los cuales
se pegan a las proteínas de adherencia: “se marginan”.
La diapédesis consiste en la salida de estos leucocitos del torrente
sanguíneo.
b. Producción de fibrina
La fibrina actúa como una barrera física que aísla la lesión.
3) Respuesta celular crónica
Se produce a las 24 – 48 horas de lesión. Se produce un infiltrado de macrófagos
y linfocitos donde está la inflamación. Hay una respuesta adaptativa
generalizada.
4) Resolución
Cuando la agresión ha sido anulada se detiene la respuesta inflamatoria. En
algunos casos, la respuesta celular es incapaz de eliminar totalmente la lesión
pudiendo producirse granulomas (un ejemplo son las mycobacterias que se
mantienen en el macrófago o cuando un parásito es demasiado grande para
matarlo y eliminarlo se generan granulomas que lo aislan con tejido epitelial o
fibroso calcificando el punto de la lesión.
El sistema del complemento
El sistema de complemento es una cascada de amplificaciones enzimáticas.
Se puede dividir en tres fases: reconocimiento, amplificación y complejo efector.
1) Reconocimiento
El sistema del complemento se puede activar por la vía clásica y por la vía
alternativa.
a. Vía clásica
Intervienen C1, C2, C3 y C4 con el complejo Ag-Ac (antígeno-anticuerpo).
b. Vía alternativa
Es activada por los lipopolisacáridos y peptidoglicanos de las paredes
bacterianas, la proteínas C reactiva (proteínas de fase aguda que aumenta en
respuesta a la inflamación), cutícula de algunos parásitos…
La activación de la cascada lleva a la ruptura de C3 en:
 C3b  una opsonina. Los macrófagos tienen receptores para esa
opsonina.
 C3b  tiene un efector mediador de la inflamación: actividades
quimiotácticas… que aumentan la respuesta inflamatoria.
2) Amplificación
C3b inicia la cascada de amplificación enzimática al actuar sobre C5 que se
rompe en:
 C5a  potente mediador en la inflamación
 C5b  actúa sobre C6, C7, C8 y C9 para la formación de la CAM
(complejo de ataque a la membrana).
3) Complejo efector
CAM o complejo de ataque a la membrana altera la barrera osmótica celular
provocando la rotura de la membrana y la consiguiente destrucción de la célula.
La inflamación es una respuesta autorregulada iniciada por proteínas de fase aguda que
estimulan el complemento. El complemento produce tres moléculas: C5a, C3a y CAM.
1) C5 - C9  provoca la lisis celular
2) C5a – C3a  aumento de la permeabilidad capilar, actividad quimiotáctica,
efecto de activación de mastocitos (degranulación de mediadores: histamina,
leucotrienos, TNF…).
3) C5a  tiene un efecto directo activando a los fagocitos que, a su vez, producen
más mediadores: PGE2, TNF, IL-1 (endógeno pirógeno que sobre el hipotálamo
modifica la temperatura).
4) El IFN aumenta la producción de IL-1
VIRUS
Los virus son parásitos intracelulares obligados con un ciclo de multiplicación. Tiene
que haber un sistema de defensa especial: este sistema es la interferencia viral.
La interferencia viral puede ser: intrínseca (independiente de IFN) o extrínseca
(dependiente de IFN).
1) Interferencia viral intrínseca
Las partículas virales defectuosas (con genoma defectuoso y cápsulas
funcionales) pueden unirse a los receptores quitando sitio y compitiendo con las
partículas virales funcionales (con genoma funcional).
Además, una célula infectada por virus disminuye los receptores de su
membrana por lo que es más resistente a una sobre infección.
Los virus destruyen los ARNm celulares pero pueden confundirse y destruir el
ARNm de otros virus.
2) Interferencia viral extrínseca
La interferencia viral extrínseca es aquella dependiente de interferón, IFN
(sustancias producidas por la célula tras la infección viral que funciona de forma
distinta). Se dividen en:
a) Interferones tipo I: con 2 subtipos:
a. Subtipo α.
b. Subtipo β.
Son sustancias producidas por un gran número de tipos celulares en
respuesta a la infección viral. Tras ser infectada, la célula secreta IFN
y éste es captado por las células vecinas que interpretan la señal de
IFN y se ponen en estado de alerta de infección viral
Las células que reciben la señal están preactivadas durante un
tiempo. Si tras ese tiempo esa célula detecta virus en su interior (lo
detecta al descubrir sobre todo ADN de doble cadena?), entonces
dispara todo su munición antiviral por distintos métodos: elimina la
capucha y lo hace más sensible, inhibe el ritmo de multiplicación
viral, disminuye la síntesis proteica, aumenta la expresión de MHC
(complejo mayor de histocompatibilidad), altera el proteosoma para
que procese las proteínas de forma alternativa y se destruya con más
rapidez las proteínas virales que las propias, etc.
Las dos formas de interferón inducen un estado refractario en células
vecinas.
b) Interferones tipo II: con IFNγ, que es producido por los linfocitos T y
las células NK en respuesta a virus. Durante su estudio, se comprobó
que el IFNγ no sólo es producido por infección viral, sino por
múltiples mecanismos antigénicos. Este IFNγ además de la activación
de las células vecinas también estimula la rama celular de la defensa.
Las células NK son capaces de matar más o menos específicamente sin contacto
previo en células tumorales o infectadas por virus.
El principal mecanismo del sistema de defensa adaptativo contra los virus son
las células Tc (citotóxicas). Normalmente, las Tc sólo reaccionan a través del
MHC (complejo mayor de histocompatibilidad), es decir, a través de moléculas
propias. Todo lo que no es propio es invisible para él. Por eso, un mecanismo de
defensa viral frecuente es eliminar el MHC, sin embargo, las células NK son
capaces de eliminar a aquellas células que no presentan su MHC
correspondiente.
MECANISMOS EFECTORES DE LA INMUNIDAD INNATA
Los mecanismos efectores de la inmunidad innata:
- Inflamación: es un conjunto de reacciones en el organismo que intentan
combatir a alguna partícula o microorganismo que le resulta perjudicial. Entre
sus principales efectos encontramos:
o Quimiotaxis
o Aumento de la permeabilidad capilar
o Aumento del riego sanguíneo
- Destrucción del parásito: depende de la localización de la partícula a eliminar.
o Intracelular: incluye mecanismos como…
 Estallido oxidativo
 Óxido nitroso
 Interferones
o Extracelular: se realiza a través de…
 Complemento (C5b-C9): mediante factores capaces de romper las
membranas y con efecto opsónico.
 Células NK
 Eosinófilos y células cebadas: sobre todo en caso de parásitos
pluricelulares.
CARACTERÍSTICAS DE LA RESPUESTA ADAPTATIVA
Las características de la respuesta adaptativa se basan en:
- Especificidad
- Memoria
- Discriminación propio-no propio
- Diversidad
- Autolimitación
ESPECIFICIDAD
Una determinada molécula del sistema adaptativo sólo reconoce una estructura
molecular, conocida como antígeno.
El antígeno se define como aquella sustancia que en contacto con un sistema de defensa
es capaz de inducir una respuesta específica contra sí mismo y de reaccionar con los
productos de dicha respuesta.
La característica de antígeno no es un absoluto, es decir, algo es antígeno o no según el
sistema de defensa con el que contacta. Un ejemplo claro se presenta en los casos de
transplante, en donde los hepatocitos pueden convertirse en antígenos en el donado.
En general, la especificidad antigénica consiste en:
El antígeno debe reunir dos condiciones:
- Ser inmunogénico, es decir, capaz de inducir una respuesta.
- Ser capaz de reaccionar con los productos de esa respuesta.
Si cumple las dos condiciones estamos ante un antígeno. Sin embargo, hay
sustancias que sólo cumplen una de las dos condiciones.
- Si son sólo inmunogénicos pero la respuesta no es específica, son
activadores monoclonales (activan muchas especificidades a la vez).
- Si son sólo capaces de reaccionar con los productos de esa respuesta
tampoco son antígenos: existen moléculas con estructura tridimensional
que son reconocidas por el sistema inmune pero que por poseer unas
determinadas características estructurales les es imposible inducir una
respuesta. Son los haptenos.
Las estructuras de tamaño menor a 10000 daltons son “invisibles” al sistema de
defensa y no inducen respuesta.
Los determinantes antigénicos se refieren a las zonas por las que un anticuerpo es capaz
de reconocer a los antígenos. Teniendo esto en cuenta, un anticuerpo puede unirse a una
proteína que conforma una estructura antigénica. En esa proteína existen diversos
determinantes antigénicos que indican el lugar de unión al anticuerpo. Pero si en lugar
de presentarse la proteína entera, la partimos y sólo presentamos los determinantes
antigénicos, al no alcanzar el tamaño mínimo, vemos que no llegan a inducir ninguna
respuesta. Por otra parte, si cojo el suero de la proteína completa, tendré productos que
reconocerán esos determinantes antigénicos. Estos determinantes antigénicos serán
entonces haptenos.
Inmunogenicidad
Es la capacidad de inducir respuesta. No tiene que ser capaz de ser reconocido…
1) GRADO DE RELACIÓN DEL ANTÍGENO CON EL SISTEMA
INMUNE.
Se fundamenta en:
- Extrañeza: En general, cuanto más extraña sea la estructura del
antígeno, más respuesta generará (mayor será el grado de
inmunogenicidad.
- Capacidad genética: depende de ella para generar moléculas
específicas de ese antígeno.
2) NATURALEZA QUÍMICA.
- Tipo molecular: son más antigénicas las proteínas que el ADN o
que los polisacáridos porque hay menos variabilidad.
- Tamaño: cuanto más grande, más fácil reconocerlo.
- Rigidez molecular: cuanto más flexible, más se une al SI.
- Accesibilidad: cuanto más accesible, más fácil reconocerlo.
- Grado de agregación: cuanto más agregado, más visible.
3) MODO DE RELACIÓN.
- Metabolización: cuanto más rápido sea su metabolismo, menos
contacto mantendrá con el SI.
- Vía de administración: no es lo mismo que lo primero que
encuentre el antígeno sea ganglio que células de Langerhans de la
piel.
Antígenos bacterianos
Los clasificamos en dos tipos, según su localización y su distribución:
1. Según su localización:
a. Antígenos somáticos o antígenos “O”: en los antígenos de pared,
fundamentalmente oligosacáridos O de los lipopolisacáridos (en gram
positiva los ácidos teicoicos).
b. Antígenos capsulares o Ag “K”: forman parte de la cápsula (CAP)
c. Antígenos flagelares o Ag “H”.
d. Moléculas secretadas al exterior con relevancia para la infección:
exotoxinas (de efecto tóxico).
2. Según su distribución:
a. Heterogénicos: se distribuyen de forma amplia por el mundo microbiano
y general.
b. Grupoespecíficos: polisacáridos capsulares o de pared. Dividen las
cepas de una especie bacteriana en grupos según los polisacáridos de su
superficie. Son un ejemplo el meningococo de los grupos A, B y C.
c. Tipoespecíficos: definen los serotipos, son proteínas y son divisibles
dentro de un mismo grupo: los determinan características como la
presencia de fimbrias o no, etc. Un ejemplo es el serogrupo A del
serotipo 1.
MEMORIA
Cuando desaparece el antígeno se vuelve al estado de equilibrio normal del cuerpo. Las
células que establecen el equilibrio no son distintas a las que padecieron la entrada del
antígeno porque algunas ya lo conocen, y son la mayoría.
Ante la llegada de un antígeno el sistema inmune responde según las circunstancias con:
- Respuesta primaria
- Respuesta secundaria.
La respuesta primaria no es abundante y está producida por IgM. La secundaria es más
rápida, con un índice de respuesta más alta y más duradera, viene mediada por IgG.
1
Según la gráfica, si se inyecta un AgA, tenemos un incremento de anticuerpos
momentáneo pero que desciende en poco tiempo. Luego se acaba manteniendo en
equilibrio, aunque con más cantidad de Anticuerpos (Ac).
Si inyecto ese antígeno A y luego un nuevo Ag B, se ven dos respuestas distintas:
- Una respuesta a Ag B (el nuevo) equivalente a la de antes.
- Una respuesta más rápida a Ag A, más duradera y con mayor número basal de
anticuerpos.
DISCRIMINACIÓN PROPIO-NO PROPIO
Ataca lo ajeno y respeta lo propio. Esto se basa en la interacción de los componentes del
SI. El SI tiene que ser capaz de reconocer el Ag. Este reconocimiento depende de
moléculas que reconocen el Ag y células que a través de moléculas reconocen
específicamente al Ag.
Componentes de la respuesta adaptativa
Dentro de las moléculas con que reconocen el Ag:
- MHC I y II.
- Inmunoglobulinas
- TCR.
Dentro de las células específicas, diferenciamos:
- Linfocitos B (con inmunoglobulinas como receptores)
- Lincitos T, de dos clases pero con receptores de tipo TCR.
o Th o CD4+: con inmunidad celular y humoral.
o Tc o CD8+: inmunidad celular.
Las diferencias entre los tipos moleculares:
- Las moléculas de MHC tienen poca especificidad. Reconocen secuencias
secundarias, de 6-15 aa (son muy pequeñas, las pueden tener muchos tipos
distintos)2.
El MHC I se expresa prácticamente en la totalidad de las células nucleadas del
organismo. Su expresión se estimula por el IFN.
El MHC II se expresa en pocos tipos celulares, básicamente relacionados con la
defensa: fagotitos, eosinófilos, células T, dendríticas…
- Las inmunoglobulinas son muy específicas. Reconocen estructuras
tridimensionales de la molécula funcional. El antígenos tal cual se presente en el
organismo será reconocido por la inmunoglobulina3.
Mirar gráfica
Mirar esquema
3
Mirar esquema
1
2
-
Los TCR son también muy específicos, pero en lugar de reconocer estructuras
tridimensionales, reconoce péptidos cortos (similares a los MHC) pero unidos a
MHC (reconoce la asociación del péptido con el MHC)4.
Células presentadoras de antígenos
Las células T tienen restricción por el MHC. Sólo lo ven cuando el MHC es el mismo
que tiene la célula T (tiene que ser del mismo organismo). Para que la respuesta inmune
sea efectiva, se requiere la presentación de Ag: el MHC se encarga de captarlo, cortarlo,
acumularlo y presentarlo.
Subtipos de linfocitos T
Diferenciamos:
1. CD4+:
a. Cumplen funciones reguladoras, inducen a las células B, a las células Tc,
etc.
b. Son restringidas por el MHC II: al ser mediadores de señales para otros
tipos celulares de defensa, están restringidas al MHC que suelen
presentar estos tipos celulares (linfocitos, macrófagos, curiosamente
espermatozoides…)
c. Son productores de interleuquinas e IFNγ.
2. CD8+:
a. Presenta funciones efectoras: una de sus principales funciones es matar
células infectadas por virus.
b. Son restringidos por el MHC I: aquellas células sin MHC, su expresión
viene estimulada por el IFNγ. El IFN actúa sobre el proteosoma: los
péptidos resultado de la destrucción de proteínas se acaban asociando al
MHC.
c. Son productores de sustancias tóxicas como: TNF, IFNγ, LT…
DIVERSIDAD
El sistema inmune debe ser específico por las distintas especies bacterianas y víricas,
tienen que componerlo un gran número de moléculas alternativas.
Tipos de linfocitos
Distinguimos dos tipos de linfocitos:
1) Linfocitos B
Tienen como receptor una Ig de superficie. Su maduración se produce en la
médula ósea. Son los encargados de la producción de anticuerpos.
2) Linfocitos T
Su receptor es el receptor T de la célula T. Su maduración se produce en el timo.
Son los encargados de la producción de citoquinas.
La activación de las respuestas inmunitarias es debida al antígeno que se pueden dividir
en:
1) Antígeno T dependientes
Son aquellos que requieren de la presencia de células T CD4 . Pertenecen a
este tipo la mayor parte de las proteínas. Este tipo de antígeno induce memoria
inmunológica. El anticuerpo que se produce es la Ig.
2) Antígeno T independiente
4
Mirar esquema
Son aquellos que no requieren de la presencia de células T. Producen IgM y, en
algunos casos, IgG. No inducen memoria inmunológica. Pueden ser de dos tipos:
a. Tipo 1
Son activadores policlonales. Dan una señal de activación a las células
independientemente del receptor de Ig.
b. Tipo 2
Actúan a través del receptor específico de la Ig. Son repetitivos:
polisacáridos o proteínas de la cápside viral.
Activación T-dependiente
La mayoría de los ag interesantes para nosotros son E-dependientes.
La respuesta inmunológica es específica y está basada en la presencia de receptores
específicos. Se basa en el fenómeno de la proliferación clonal que consiste en un ag que
contacta con una célula del sistema de defensa (célula T), las cuales cada una de ellas
tienen un especificidad distinta (tiene un receptor distinto). La unión del ag al receptor
da una señal de proliferación, así proliferan sólo aquellas células que han recibido la
señal de proliferación. Una vez que estas células que proliferan hay una segunda señal
procedente de las células T CD4  que las lleva a madurar dependiendo de que célula
se trate:
1) Células B  maduran a células plasmáticas productoras de Ig.
2) Células T CD8   maduran a células citotóxicas.
3) Células T CD4   la maduración lleva a la producción de interleuquinas.
Hay un grupo de células que no se diferencian y quedan como células de memoria: son
células que ya han visto al ag. Si este ag vuelve a entrar en contacto con ellas:
- hay más células que en el primer contacto con el ag.
- se activan más fácilmente
- estas células han sufrido un proceso de maduración por lo que la respuesta es
distinta.
- especificad madura: estas células reconocen mejor y más fácilmente al ag.
Las células CD4  actúan como células reclutadores.
Efectos de los anticuerpos
Los efectos de los anticuerpos se dividen en: efectos directos y efectos indirectos.
1) Efectos directos
Se producen por la unión antígeno-anticuerpo. Pueden ser:
a. Bloqueo de receptores
 Inhibición de la adherencia microbiana
Los microorganismos tienen que adherirse a la superficie para
colonizar un tejido y crecer. Los microorganismos para poder
entrar en una célula deben adherirse a receptores específicos.
 Neutralización de toxinas
Las toxinas para producir su efecto tienen que unirse al receptor.
 Bloqueo de sistemas de transporte
Si el anticuerpo se une a una porina o a un transportador impide el
transporte.
b. Aglutinación y precipitación
Una Ig puede unirse por dos puntos, así puede unirse a dos ag al mismo
tiempo y formar poco una unidad de antígenos. Así, hablamos de:
Aglutinación  si se trata de virus, bacterias…
Precipitación  si se trata de ag solubles, los cuales la unirse
precipitan.
La aglutinación disminuye el número de unidades infecciosas y aumenta
el efecto opsónico (al aumentar el número de ag aumenta la fuerza de
atracción para macrófagos para aumentar el número de regiones Fc).
La precipitación aumenta la probabilidad de reconocimiento por parte del
SER (sistema retículoendotelial) dificultando el movimiento y
favoreciendo su retención.
2) Efectos indirectos
Los efectos indirectos son:
a. Activación del complemento por la vía clásica.
b. Activación de mastocitos que potencian la reacción. Así, los mastocitos
sufren el proceso de degranulación y se liberan mediadores de la
inflamación (prostaglandinas, leucotrienos…)
c. Opsonización
d. CCDA (citotoxicidad celular dependiente de anticuerpo) a través de su
direccionamiento de:
 Macrófagos
 Células NK
 Eosinófilos
Esto era la inmunidad humoral que se encarga de parásitos extracelulares.
Inmunidad celular
La inmunidad celular se encarga de los parásitos intracelulares, capaces de sobrevivir
dentro de los macrófagos, al impedir la unión del fagosoma al lisosoma y salir al
citoplasma.
Una célula T que observa parásitos intracelulares es capaz de producir sustancias que
son las linfoquinas, las cuales actúan sobre otras células para que produzcan IFN-γ, IL2. El IFN-γ y la IL-2 activan a los macrófagos (llevándolos a su estado metabólico más
eficiente: el estallido oxidativo). También hay rutas citoplasmáticas de sustancias
reactivas de N2.
Mecanismos efectores de la inmunidad celular
Los efectores de la inmunidad celular son:
1) Activación de macrófagos por IFN-γ e IL-2
Esta activación provoca:
a. Aumento de destrucción intracelular
b. Mayor eficacia para la realización de CCDA.
Una célula infectada por un virus puede ser destruída por la inmunidad celular.
Se treta de una respuesta lenta que requiere una gran expresión de proteínas
virales en superficie.
2) Citotoxicidad directa
La citotoxicidad directa lleva a:
a. Aumento de actividad de células NK (IFN-γ)
3) Efecto directo de los linfocitos Tc
Estos linfocitos reconocen ag en asociación con MHC-I5. La gran mayoría de los
péptidos presentados por MHC-I son péptidos sintetizados en la célula; los ag
5
También HPC
presentados por MHC-II son ag que han sido endocitados. Los ag virales se
sintetizan en el interior de la célula y son presentados por MHC-I y reconocidos
por linfocitos Tc:
a. Liberación de sustancias tóxicas como linfotoxina, porfirina…
b. Dan señales de membrana inductoras de apoptosis a través de sustancias
o interacción con la membrana.
AUTOLIMITACIÓN
Es debida a:
1) Disminución del ag (falta de activación)
Por lo tanto, también disminuye la cantidad de células que se activan ya que la
probabilidad de unión con el ag es menor.
2) Corta vida media de las células efectoras
Desaparece la respuesta y el ag se va eliminando. Sólo permanecen las células
de memoria.
3) Mecanismos de retroalimentación negativa
La fagocitosis de ag unida a la IgM en fases iniciales de la respuesta, estimula a
su vez la respuesta.
La fagocitosis con IgG lleva a la eliminación de la respuesta, pero la eliminación
no es tan eficaz como con la estimulación y así, se va eliminando poco a poco.
Los microorganismo y sus productos activan el complemento por la vía alternativa, a
las células B y la fagocitosis (por reconocimiento de PPA como manosas…). La
fagocitosis lleva a la presentación de ag tanto a CD4  como a CD8. Los linfocitos
CD4  producen interleuquinas que producen:
1) Maduración de células B a células plasmáticas productoras de Ig que van a
neutralizar toxinas…
2) Maduración de células CD8  a linfocitos Tc productores de IFN-γ…
3) Los linfocitos CD4  y CD8  secretan interleuquinas que activan a los
macrófagos que llevan a la destrucción microbiana.
Todo ello está encaminado al CONTROL DE LA ENFERMEDAD.
ALTERACIONES DE LA RESPUESTA INMUNITARIA
1) Hipersensibilidad
a. Tipo I (inmediata o anafilática)
Es debida a una sobreactivación de los linfocitos Th2 (IL-4, IL-13) paso
a IgE e IL-5 (eosinofilia).
La respuesta de IgE es exagerada y produce desgranulación de
mastocitos con consiguiente liberación de: histamina, serotonina,
heparina, proteasa.
Provoca: broncoconstricción, aumento peristaltismo y secreciones,
vasodilatación, aumento de la permeabilidad capilar.
Puede tener afectación local (respiratorio, piel, digestivo, cardiovascular)
o sistémica (broncoespasmo, shock).
b. Tipo II (citotóxica por anticuerpos)
Se efectúa por reconocimiento de ag superficiales. Produce la activación
de complemento y CCDA.
Los ag son citofílicos y haptenos. Se produce daño celular, membranas
basales, piel y órganos.
c. Tipo III (inmunocomplejos)
Se produce por depósito de inmunocomplejos en vasos, membranas
filtrantes o articulaciones.
Se induce la agregación plaquetaria, activación de macrófagos, cascada
de complemento. Esto provoca la alteración de la permeabilidad,
liberación de proteasas, citoquinas inflamatorias y radicales libres.
Esta asociada a infecciones persistentes, autoinmunidad o inhalación de
ag poco metabolizables.
d. Tipo IV (retardada o celular)
Se debe a la sobreactivación de linfocitos Th1 (IL-8, IFN, IL-2, TF).
Esto lleva a la activación de macrófagos (IL-1, TNF), linfocitos Tc y
respuesta inflamatoria local con infiltrado linfoide.
Produce destrucción tisular (Tc y CCDA), granulomas inmunitarios…
Está asociada a ag poco metabolizables y de difícil eliminación como
parásitos intracelulares, quistes de helmintos…
2) Autoinmunidad
Se debe a una pérdida de discriminación propio/ajeno. Ataca lo propio. Se
producen reacciones de tipo I, II, III y IV.
3) Síndrome inmunoproliferativo
Asociada a síndromes proliferativos del sistema de defensa.
PRESENCIA DE MICROORGANISMOS EN EL HOSPEDADOR.
Cuando un microorganismo está presente en un hospedador se distingue:
1) Colonización
En principio no hay infección. El microorganismo no penetra y no activa los
sistemas de defensa. Ej. los microorganismos de la luz intestinal.
2) Infección
El microorganismo penetra y provoca respuesta inmunitaria. Puede ser:
a. Por clínica
 Imparente → subclínica
 Enfermedad infecciosa → clínica
b. Por origen
 Endógenos por microorganismos colonizadores que, en un
momento, pasan a infectar.
 Exógenos
Pueden ser:
 Nosocomial u hospitalaria
 Comunitaria (sociedad)
c. Por localización
 Locales
 Generalizadas
 Sepsis (infección de la sangre)6
d. Por el nº de especies implicadas
 Monomicrobianas
 Polimicrobianas
e. Por el metabolismo microbiano
 Aerobios
 Anaerobios
 Mixtos
f. Por el curso clínico
 Aguda
 Crónica
g. Por el mecanismo de patogenicidad
Invasivas o infecciones → daño real en el tejido
 Tóxica o intoxicaciones → basta con la presencia de toxinas
(sin microorganismo)
 Combinados o toxiinfecciones → El daño real lo causa la
toxina producida por el microorganismo dentro del huésped
conforme se va multiplicando. Es necesaria la presencia del
microorganismo.
BACTERIAS EN EL MEDIO
Para multiplicarse,… la bacteria debe pasar desde el medio exterior al tejido (excepto en
caso de intoxicaciones). Para ello:
1) Tiene que adherirse. Esto los hace gracias a unas proteínas llamadas adhesinas.
2) Luego tiene que penetrar en el tejido, con la ayuda de las invasinas.
3) Dentro de la célula la bacteria debe evitar ser destruída por el sistema de
defensa. En esto la ayudan las impedinas.
4) Para causar enfermedad debe producir un daño local mediante liberación de
sustancias tóxicas llamadas agresinas; o un daño sistémico por modulinas que
además regulan la respuesta inmune. Las modulinas tambien pueden producir
reacciones de hipersensibilidad causando daño local.
Al final aparece la ENFERMEDAD INFECCIOSA.
6
Distinguir de bacteriemia: presencia de bacterias en la sangre sin multiplicación ni infección.
FACTORES DE VIRULENCIA.
La capacidad para iniciar una enfermedad está determinada por la virulencia de los
gérmenes, así como por factores específicos del huésped.
La producción de la mayoría de las enfermedades infecciosas requiere exposición al
patógeno, colonización del huésped, penetración del microorganismo en los tejidos y
producción de sustancias tóxicas. Existen procesos en los que la enfermedad se inicia
por exposición a una toxina microbiana, es decir, no se requiere la presencia del
microorganismo pero son atípicos.
Exposición: el cuerpo humano está colonizado por un gran número de
microorganismos, muchos de los cuales proporcionan funciones importantes para sus
huéspedes, como digestión de alimentos, transporte de metabolitos y protección frente a
la colonización por microorganismos patógenos. Esos microorganismos endógenos
también pueden causar enfermedad si se altera el equilibrio normal con el huésped.
Otra fuente de organismos patógenos es la exógena. Esos gérmenes entran
normalmente en el cuerpo a través de una de tres rutas: ingestión, inhalación o
penetración directa.
Otros factores que determinan las consecuencias de la interacción entre patógeno y
huésped son la vía de exposición y el tamaño del inóculo. NO ENTRA, PERO QUEDA
CHULO EN LOS APUNTES!!!
COLONIZACIÓN:
La mayoría de las infecciones son iniciadas mediante adherencia del microorganismo a
los tejidos del huésped, seguida por replicación microbiana para establecer la
colonización. La adherencia puede ser relativamente inespecífica, entre los factores que
la determinan encontramos:
Fimbrias: apéndices bacterianos encargadas de la adherencia a sustratos. Son
apéndices estrechos y flexibles que favorecen el acceso a las adhesinas. También
sitúan a las adhesinas lejos de la superficie celular, evitando la repulsión de
cargas (negativas) entre ellas.
Las moléculas de adhesinas están situadas en las puntas de las fimbrias y
permiten la adherencia a un receptor diana.
Limos/glucocálix: son importantes en la adherencia microbiana a sustancias no
sometidas a escamación. El limo es secretado y se adhiere al sustrato y las
bacterias se pueden unir a él.
Cápsula: es una estructura glucosacarídica que puede actuar como adhesivo.
El mecanismo fundamental de adherencia es la interacción entre lectinas y azúcares
(como la cápsula que es glucosacarídica). Estas interaciones pueden ser de distintos
tipos:
Puede suceder que una lectina reconozca un azúcar de la superficie; los azúcares
de la cápsula, por ejemplo.
Puede que una lectina bacteriana reconozca algún azúcar de la superficie celular;
o también que una lectina soluble haga de puente entre dos azúcares, o que un
azúcar soluble haga de puente entre dos lectinas.
EVASIÓN BACTERIANA.
Los factores de evasión bacteriana son las impedinas. Las más relevantes son aquellas
que tratan de proteger a la bacteria del principal mecanismo de defensa celular: la
fagocitosis.
La cápsula es una de las principales impedinas. Esto es así porque es el primer
mecanismo antifagocítico. Entre las impedinas que aporta la cápsula están las
coagulasas, hemolisinas…
La cápsula es una estructura polisacarídica, y por tanto, hidrofílica. El mecanismo de los
macrófagos es, sin embargo, hidrofóbica. Por tanto, la naturaleza hidrofílica de la
cápsula inhibe la fagocitosis. Además, la cápsula puede enmascarar componentes
superficiales como el lipopolisacárido. Éste es sensible al sistema inmunitario debido a
la presencia de manosa (ya que los macrófagos son capaces de reconocerlo) y el
lipopolisacárido además estimula la vía alternativa del complemento, induciendo su
acción opsónica.
Existen otras impedinas con funciones distintas: impedir la unión fagolisosómica,
inducir la evasión del fagosoma y su salida al citoplasma…
PENETRACIÓN.
El principal mecanismo es la producción de enzimas histolíticas: sustancias que
destruyen los tejidos, sobre todo la matriz extracelular, entre ellas, la hialuronasa,
colagenasa, coindrinsulfatasa, nucleasa, elastasa…
En otros casos matan el tejido mediante la producción de metabolitos tóxicos, un
ejemplo de ello es la caries, producida por un ácido secretado por las bacterias.
PRODUCCIÓN DE DAÑO.
El daño producido por el microorganismo puede ser de dos tipos:
1. daño local: con destrucción tisular directa mediante enzimas histolíticas.
Otros procedimientos son:
el aumento del volumen de la población bacteriana que acaba comprimiendo
el tejido.
La posibilidad de inducir reacciones de hipersensibilidad que destruya
tejidos. Por ejemplo, la reacción hepática en la hepatitis B se debe a la
reacción exagerada de los linfocitos Tc.
2. daño sistémico: se produce en regiones alejadas del sistema de defensa. Una de sus
manifestaciones la encontramos con reacciones de hipersensibilidad de tipo I y
III. El principal mecanismo es la producción de toxinas, éstas pueden ser:
Endotoxinas
Exotoxinas
DIFERENCIAS ENTRE ENDOTOXINAS Y EXOTOXINAS.
En cuanto a su naturaleza:
Las exotoxinas son de naturaleza proteica.
Las endotoxinas están formadas por la combinación de lipopolisacáridos y
proteínas. En realidad, la endotoxina como tal es el LPS, pero éste sólo actúa
cuando se une a una proteína sérica (LPSPB), sólo de esta forma produce efecto
sobre las células.
En cuanto a sus características químicas:
Las exotoxinas son termolábiles. Si son tratadas con agentes como el
formaldehído (o por inducción de calor) se transforma en un toxoide, que es
producto de la inactivación de la toxina que ha perdido la capacidad de hacer
daño pero puede inducir la producción de anticuerpos.
Las endotoxinas son termoestables.
Según las bacterias que las producen:
Las exotoxinas son producidas por todo tipo de bacterias.
Las endotoxinas sólo se producen en bacterias gram negativa, debido a la
naturaleza lipopolisacárida de su estructura.
Según las características acción-efecto:
Las exotoxinas tienen un efecto biológico directo sobre estructuras celulares, son
de toxicidad elevada y de efecto específico. Se clasifican en 4 grupos:
o Toxinas TRX gram negativas: Tienen actividad hemolítica y
leucotoxinas (sustancias que alteran y destruyen la membrana).
o Neurotoxinas: efecto sobre la transmisión nerviosa (botulina o tetánica).
o Enterotoxinas: afectan a entericitos sobre todo al funcionamiento de las
bombas e inducen la secreción de agua (producen diarrea; por ejemplo, el
cólera).
o Citotóxicas: actúan por inhibición de proteínas; es el mecanismo de la
toxina diftérica.
Las endotoxinas???
Según su inmunogenicidad.
Las exotoxinas son muy inmunogénicas. Son termolábiles y se pueden producir
toxoides a partir de ellas (favorece la confección de vacunas).
Las endotoxinas son poco inmunogénicas. La actividad tóxica de las exotoxinas
reside en el lípido A, que tiene múltiples propiedades biológicas, como
capacidad para inducir fiebre, iniciar las cascadas del complemento y la
coagulación sanguínea (coagulación intravascular diseminada), activar los
linfocitos B (activación generalizada) y estimular la producción de factor de
necrosis tumoral, interleuquina I y protaglandinas. Los efectos de la endotoxina
dependen de la dosis, y la exposición a grandes dosis.
Se sabe además que la potencia de la toxina es inversamente proporcional a la
cantidad de ¿?????? de la cadena R. Su efecto tóxico es responsable del choque
tóxico producido por bacterias gram negativas debido a infección. “si consigo
destruir de golpe muchas gram negativas, libero una gran cantidad de
lipopolisacáridos”.
Según su modo de liberación:
Las exotoxinas, como proteínas de secreción que son, están producidas y
expulsadas por células vivas.
Las endotoxinas son lipopolisacáridos, y por tanto, componente estructural de la
bacteria; sólo se libera cuando la bacteria se muere. Sin embargo, existen
excepciones como algunas Neisserias que las liberan en pequeñas vesículas.
ESTO NO SÉ A QUÉ VIENE…
La proteína A del estafilococo une la región constante (Fc) de la inmunoglobulina. Es
capaz de unir anticuerpos inespecíficamente, ya que es la región variable la que
determina la especificidad del sistema. Según eso, la proteína es recubierta con
facilidad por anticuerpos. Sin embargo, un anticuerpo así unido no activa el
complemento: ello se debe a que la región por la que se unía a él está ya unida a la
proteína A, por tanto, no es capaz de opsonizar. Por otra parte, recubre totalmente la
proteína de proteínas propias y ello dificulta el reconocimiento por parte de los
anticuerpos.
FACTORES DE VIRULENCIA VIRAL.
Los virus se adhieren por las espículas, pero realmente tienen una doble función: de
adhesina e invasina. Las espículas se pueden considerar como inductores pasivos de
entrada. De hecho, también inducen la fusión de membrana.
Dentro de la célula el virus también producen impedinas que bloquean la respuesta
inmune. Se observan varios mecanismos:
Bloqueo de la expresión del MHC. Existen menos MHC para presentar sin
antígenos al sistema de defensa, pero los expone a la acción de las células NK.
Codificación de receptores del complemento y la región del Fc: pueden contener
genes que emulan la expresión de receptores para la Fc de la inmunoglobulina.
Bloqueo del efecto del IFN: inactivando la ARNasa de las células avisadas por
el IFN.
Modulación de la expresión de integrinas
Producción de superantígenos: “los superantígenos tienden a ser a la célula T lo
que un activador monoclonal a la célula B”. Estos superantígenos vuelven loco
al sistema de defensa. Son capaces de estimular a las células T de forma
independiente a la especificidad. Así, van contra todo en una respuesta
inespecífica y la respuesta no es eficaz.
MODULACIÓN DE FACTORES DE CRECIMIENTO, CITOQUINAS Y
TRANSMISORES.
Bloqueo de proteínas antiproliferativas (P53, RB): alterando esas proteínas y se
dispara el ciclo celular.
Codificar proteínas que recuerden a factores de crecimiento o estimular en la
célula la producción de factores de crecimiento en la célula.
GLUCOPROTEÍNAS DE FUSIÓN.
Sobre todo en virus que entran por fusión de membrana que forman sincitios
afuncionales.
APOPTOSIS.
Los virus inducen la acción directa de apoptosis o bien todo lo contrario, la inhiben.
Inducción directa: la utilizan los virus de rápida división y genoma poco estable
que tienen que liberarse pronto porque le interesa que la célula muera
rápidamente.
Inhibición directa: la usan virus de genoma estable, con liberación constante de
cantidades de virus y de división sostenida.
ALTERACIÓN DE LA HOMEOSTASIS DEL CALCIO.
ALTERACIÓN DE LA RESERVA DE DESOXINUCLEÓTIDOS.
PATOGENIA VIRAL.
Alteración de la permeabilidad.
o Inserción de glucoproteínas de membrana: incluso virus que no tienen
envoltura pueden expresar proteínas con este funcionamiento.
o Alteración molecular de bombas de iones: la mayor parte son de
transporte activo y consume energía; una célula que sintetiza virus y por
tanto, usa gran cantidad de energía para la síntesis de proteínas: el
recurso de energía para las bombas es menor.
o Disrupción de la membrana la salida del virión.
Producción de poros en la membrana.
SEGÚN TANIA Y A PARTIR DE “FACTORES DE VIRULENCIA BACTERIANA”
1.
2.
3.
Permiten el crecimiento bacteriano en el hospedador: lo hacen las adhesinas.
Éstas pueden ser:
a. Moléculas de adherencia situadas en las fimbrias bacterianas.
b. Limo producido por el glucocálix.
c. Cápsula.
factores que determinan la evasión de la resistencia:
a. las impedinas inhiben la fagocitosis:
i. bloqueo de la fagocitosis: la cápsula protege del sistema de
defensa. La coagulasa regula el paso de fibrinógeno a fibrina (lo
inhibe) impidiendo que sustancias de defensa lleguen a la
bacteria.
ii. Inhibición de la fusión fagolisosómica.
iii. Ruptura del fagosoma: la bacteria sale de este y se multiplica en
el citoplasma.
iv. Inhibición del estallido oxidativo.
v. Inducción de apoptosis del macrófago.
b. Las impedinas como las hemolisinas rompen el glóbulo rojo, se libera la
hemoglobina, por lo que disminuye el aporte local de oxígeno
anaerobizando el entorno. Las bacterias viven más fácilmente en
condiciones anaerobias que las células de defensa.
c. Las impedinas ejercen resistencia al complemento. Las proteasas rompen
el complemento y los LPS activan la vía alternativa del complemento,
pero para que el complemento actúe tiene que unirse a la membrana, si el
LPS está lejos de ésta, el complemento se activa lejos de la membrana y
no ejerce su función.
capacidad para producir daño (destrucción tisular): agresinas.
a. El daño puede ser local; causado por enzimas histolíticas o por inducción
de hipersensibilidad.
b. El daño sistémico es producido por las toxinas.
LIBERACIÓN DE TOXINAS.
Las toxinas pueden ser exo o endotoxinas.
1.
exotoxinas: son de naturaleza proteica. Las producen tanto las gram positivas
como las negativas. Son termolábiles (se inactivan por calor). Al inactivarse
se convierten en toxoides (toxina que ha perdido su capacidad tóxica pero
mantiene su capacidad inmunógena). Su toxicidad es muy alta y específica.
Son producto de la secreción de bacterias vivas. Pueden pertenecer a 4
grupos:
a. toxinas RTX: destruyen la membrana. Son hemolíticas y leucotóxicas.
b. Neurotoxinas: producidas por gram positiva (con efectos sobre la
transmisión nerviosa, por ejemplo, la botulínica y la tetánica)
c. Enterotoxinas: producidas por gram negativas. Alteran los sistemas de
transporte de iones intestinales. Por ejemplo, la toxina colérica o de la
salmonella.
d. Citotóxicas: inhiben la síntesis de proteínas, por ejemplo, la toxina
diftérica.
2.
endotoxinas: no tienen efecto directo, actúan como modulinas. Sus efectos
son menos específicos en todo el organismo. Es poco inmunogénico (es difícil
tener vacunas con estas). Son termoestables. Se liberan una vez muerta la
célula. Tienen baja toxicidad. Son LPS de la pared de gram negativas. Estos
LPS se unen a una proteína.
ADHERENCIA BACTERIANA.
Existen tres mecanismos:
1.
interacción entre proteínas específicas (proteínas de adherencia y receptoras).
2.
hidrofobicidad: sustancias hidrofóbicas de la superficie celular interactúan
con otras a las que se une por puentes de hidrofobicidad.
3.
interacción actina-azúcar (la más frecuente). Puede estar la lectina en la
superficie de la célula y unirse a un azúcar de la bacteria o viceversa (lectina
en bacteria y azúcar en célula huésped).
FACTORES DE VIRULENCIA VIRAL.
Adhesinas: son las espículas.
Invasinas: también son las espículas.
Impedinas: inhibidores de la respuesta inmune.
Bloqueo de la expresión del MHC-I: disminuye la activación de Tc pero
actúan más las células NK.
Codificación de receptores Fc y del complemento: protege a la célula de
sistemas de destrucción ya que la parte inespecífica es la que se une a la
célula. La parte que une a los macrófagos está unida a la célula afectada.
Bloqueo del efecto del IFN.
Modulación de la expresión de integrinas.
Producen superantígenos: el superantígeno es parecido a un activador
policlonal de las células B en células T. hacen que se responda de una
manera más inespecífica.
Modulación de factores de crecimiento, citoquinas y transmisores.
Apoptosis:
Por inducción de apoptosis: los que tienen un ciclo lítico muy rápido (para
matar a la célula y poder liberarse).
Por inhibición de la apoptosis: los que se dividen lentamente (impiden que
la célula se muera para poder replicarse en su interior).
Por creación de un estadío de preactivación.
Alteración de la homeostasis de calcio:
Por alteración de las bombas de calcio.
Modificación de las reservas de desoxinucléotidos.
ALTERACIÓN DE LA PERMEABILIDAD.
Debida a:
Inserción de glicoproteínas en la membrana.
Alteración molecular de las bombas iónicas.
Menor disponibilidad de electrones por las bombas.
Disrupción de la membrana por la salida del virión.