WEB PAGE FOR DR. KAISER'S MICROBIOLOGY COURSE (BIOL 230) THE COMMUNITY COLLEGE OF BALTIMORE COUNTY, CATONSVILLE CAMPUS.Copyright ｩ 1995-2005 Gary E. Kaiser All Rights Reserved Updated: Feb. 27, 2006

Características generales de la célula procariota

Características de las células eucariota y

procariota

• Genóforo (procariotas)– Un solo cromosoma– ADN c.d. C.C.C.

– No membrana nuclear– No histonas

• Nucleoplasma (eucariotas)– Varios cromosomas– ADN c.d. lineal, terminado

el telómeros– Existe membrana nuclear– Histonas unidas al ADN

(cromatina)

Diferencias entre procariotas y eucariotas

ProcariotProcariotaa

EucariotEucariotaa

• Replicación material genético:– No mitosis

• Org. citoplasma: No orgánulos de

tipo eucarióticos No citoesqueleto Ribosomas 70S

• Replicación material genético:−mitosis

• Org. citoplasma: Orgánulos (RE,

mitocondrias, cloroplastos, Golgi)

Citoesqueleto Ribosomas 80S

• Membrana citoplasmática:– No contiene colesterol

• Reproducción: Asexuada

• Respiración:− Mediante la membrana

citoplasmática

• Membrana citoplasmática:– Contiene colesterol

• Reproducción: Sexuada

• Respiración:− Mediante la

mitocondria

Composición química básica

• >95% de macromoléculas• La mitad de las macromoléculas son

proteínas• Proporción de ARN superior a eucariotas• En bacterias, macromoléculas exclusivas

que no existen en eucariotas:– Peptidoglucano– Lipopolisacárido (en Gram-negativas)

Citoplasma

• El 80% esta constituido por agua

• El citosol contiene ácidos nucleicos (DNA, RNA), enzimas, amminoacidos, carbohidratos, lípidos, iones orgánicos y numerosos compuestos proteicos que representan inclusiones citoplasmaticas

Aspecto del citoplasma de un bacilo

Mesosoma

Nucleoide

Gránulo de reserva

La mayor parte del citoplasma presenta aspecto granular, por los ribosomas

Sintesis proteica

Ribosoma, presente en aproximadamente

15.000, esta compuesto por dos

subunidades formando un complejo 70S

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Membrana Citoplasmática• Barrera vital que separa el interior de la célula (citoplasma) con el

entorno (medio ambiente)• Actúa como barrera selectiva: Permeabilidad Selectiva• Transporte a través de membranas biológicas

Colesterol ausente, sustituido por terpenoides con la función de estabilizar el compartimento

Membrana celular

Función de la Membrana Citoplasmática

Pared Celular

Membrana Celular

Citoplasma

La pared celular esta por fuera de la membrana celular, es rígida y protege a la célula de la lisis osmótica

Pared Celular

Pared Celular de los Procariotas • La célula procariota debe soportar una alta presión

interna, debido a la alta concentración de solutos• La presencia de una pared celular les permite

soportar esta presión, además es responsable de la forma y rigidez de la célula

• Mediante una tinción diferencial las bacterias se dividen en bacterias Gram positivas y en bacterias Gram negativas

• Existen diferencias estructurales que sustentan esta clasificación

• La pared celular de las Gram positivas esta formada fundamentalmente por un tipo de molécula y es mucho más ancha

• La pared celular de las Gram negativas esta compuesta por varias capas y es bastante compleja

IDENTIFICACIÓN DE IDENTIFICACIÓN DE BACTERIASBACTERIAS•Tinción Gram: Las bacterias reaccionan por las

pruebas de: Gram + Gram – Gram Variable• La respuesta de las células a la tinción se debe a diferencias en la complejidad y química de su pared celular, la cual contiene un polímetro llamado Peptidoglicano.• La pared celular de las bacterias Gram – , contienen menor cantidad de peptidoglicano comparado con las bacterias Gram +.

Tinción Gram

Cristal violetaLugolAlcohol acetonaSafranina

Peptidoglucano: composición química

• Distintas cadenas de PG se unen entre sí por determinados enlaces peptídicos entre tetrapéptidos de cadenas diferentes

• Repeticiones (n=10-100) de una unidad disacarídica, unida a su vez a un tetrapéptido

Peptidoglucano: composición química

• La unidad disacarídica que se repite es:– N-acetilglucosamina (NAG)...– ...unida por enlace β(14) con...– ... N-acetilmurámico (NAM)

• Las distintas unidades disacarídicas se unen entre sí mediante enlaces β(1-4)– Este enlace puede ser roto por la lisozima

(producto de granulocitos,macrofagos y PMN)• La cadena tetrapeptídica sale desde el grupo –

COOH del lactilo de cada NAM y suele ser:– L-ala D-glu m-DAP D-ala

El PG de bacterias Gram-negativas

• Normalmente:– 1 o unas pocas capas de PG.– Las distintas cadenas se unen por enlaces

peptídicos directos entre el grupo ε-NH2 del m-DAP (3) de una cadena con el –COOH de la D-ala (4) de otra cadena

– Malla floja con grandes “poros”: 50% NAM carece de tetrapéptidos

• En espiroquetas, el diaminoácido en posición nº3 es la L-ornitina (en lugar de m-DAP)

Estructura global del PG de bacterias Gram-positivas

• Múltiples capas de PG (distintos niveles, hasta 50 en especies de Bacillus)

• Entrecruzamientos entre cadenas del mismo nivel y entre un nivel y el inmediato superior o inferior

• La mayoría de NAM tienen tetrapéptidos• La mayoría de tetrapéptidos participan en

enlaces• Consecuencia: red tridimensional gruesa, con

poros pequeños, más compacta que Gram-

Relaciones estructura-función en el peptidoglucano

• Gran rigidez aguanta las fuerzas osmóticas del protoplasto (5-15 atm). Rigidez viene de:– El grado de entrecruzamiento– El enlace β(14) es muy compacto. La

alternancia de NAM y NAG uno de los polisacáridos más estables que existen

– La alternancia de aa en L y en D estabilidad adicional (cadenas laterales al mismo lado, ptes H)

• Al mismo tiempo, gran flexibilidad soporta variaciones de presión osmótica protoplasto

• Condiciona la forma celular

PEPTIDOGLICANO

Esencial para la estructura, forma, replicación y sobrevivencia. En la infección interfiere con la fagocitosis, actua como mitogeno para los linfocitos, posee actividad pirogena. Es degradado por la lisozima presente en la lagrima y mucus

Las PBP son el blanco de las Penicilinas y de los antibióticos

-lactamicos

Las transpeptidasas y carboxipeptidasas catalizan las reacciones de transpeptidaciónLas bacterias resistentes a la penicilina modifican la estrustucura de las PBP

La envoltura celular de las bacterias Gram-

• Estructuralmente más compleja que Gram-positivas (ver micrografía electr.):– El delgado peptidoglucano está

inmerso en un compartimento llamado ...

– ... espacio periplásmico (lleno con el gel periplásmico), el cual a su vez limita con ...

– ... la membrana externa

PG

Espacio periplásmico

Membrana externa

PORINAS: proteínas que permiten el paso de moléculas pequeñas a través de la membrana - específicas e inespecíficas

ESPACIO PERIPLASMICO: área con enzimas hidroliticas para la digestión

enzimatica (proteasas, lipasas, fosfatasas) y de factores de virulencia (colagenasas, beta-lactamasas, hialuronidasa). Proteinas

de transporte

MEMBRANA EXTERNA estructura bilaminar,

asimetrica

LIPOPROTEINA DE BROWN: Se une en forma covalente al peptidoglicano y se ancla a la membrana externa

La membrana externa de bacterias Gram-negativas

• Bicapa proteolípídica muy asimétrica:– En la lámina externa:

• 60% de proteínas• 40% de lipopolisacárido (exclusivo de Gram-)

– En la lámina interna:• No hay lipopolisacárido• Existen

– Fosfolípidos– Lipoproteínas– Otras proteínas

Composición del lipopolisacárido (LPS)

• Región proximal:Lípido A (hidrófobo)• Región intermedia: oligosacárido

medular• Región distal: cadena lateral

específica, polisacarídica (hidrófila): Antígeno somático “O” de bacterias Gram-negativas

Glucosamina-ß(16)-glucosamina, con –OH en 1 sustituido con –P-etanolamina

A.G. saturados (C-14): beta-hidroximirístico

Núcleo internoNúcleo externoUnidad repetitiva de la cadena lateral

El lipopolisacárido

Papeles y funciones del LPS (1)

• Papel estructural: Carácter masivo lípido A– Menor fluidez de esta membran– Más resistente a detergentes y solventes

• Las cadenas laterales – menos permeable a moléculas hidrofóbicas (Ej.:

resisten mejor muchos antibióticos)– Antígeno somático “O” bacterias Gram-negativas– Condiciona virulencia en bacterias patógenas

• Se une a cationes Mg, Zn– Si añadimos agente quelante, como EDTA

desorganización de la membrana externa

Papeles y funciones del LPS (2)

• Región del lípido A: endotoxina– Papel positivo:

• El macrófago reconoce el LPS, y libera citoquinas activa el sistema inmune

– Papel negativo:• A veces, el sistema inmune se activa “en

exceso” por el LPS, dando síntomas patológicos

– Inducción de fiebre (pirogenicidad)– Hipotensión, a veces con fallo cardiaco– Actividad necrótica en tejidos

Proteínas de la membrana externa

• Porinas: forman trímeros, con canales interiores que atraviesan la membrana externa– Solo dejan pasar moléculas por debajo de cierto

tamaño (<500-700 Da)– En enterobacterias: protección frente a sales

biliares• Canales específicos:

– Para vitamina B12– Para quelatos de F– Para ciertos nutrientes

Papeles y funciones de la membrana externa (2)

• Condiciona propiedades de superficie:– Grado de humedad– Adhesividad– Carga eléctrica

• Lugar donde se fijan las proteínas del sistema defensivo Complemento del hospedador

• Lugares de adsorción de ciertos fagos

El espacio periplásmico (periplasma)

• Compartimento acuoso, relleno del gel periplásmico:– RNasas y fosfatasas– Proteínas de transporte de ciertos

nutrientes– Proteínas de unión a señales químicas– En desnitrificantes y quimiolitoautotrofas:

proteínas de transporte de electrones• Función de osmorregulación

• El PG de Gram-positivas está inmerso en una matriz aniónica (hasta 50%) de:– Ácidos teicoicos: polímeros (n<30) de

ribitol-P o glicerol-P, con –OH sustituidos por –H, azúcares, aminoazúcares o D-ala

– Ácidos teicurónicos (en ausencia de P): copolímeros de urónicos y aminoazúcares

– Ácidos lipoteicoicos: glicerol-teicoicos unidos a la membr. citopl. Sus extremos quedan expuestos hacia el exterior

La matriz de la pared celular de las Gram-positivas

Ácidos teicoicos• Polisacárido unido a la pared celular, el termino incluye a toda la pared, membrana o polímeros capsulares que contienen glicerolfosfato o residuos de fosfato de ribitol

Polimero de ribosa, son antigenos de superficie, caracterizan y serotipifican, promueven la adhesión (proteina M de S.

pyogenes ). El ác. teicoico es un factor de virulencia. Tiene una actividad endotoxica

Pared de las bacterias ácido-alcohol resistentes (AAR)

• Pared especial de ciertas Gram-positivas: Nocardia, Mycobacterium

• Resisten la decoloración con clorhídrico-etanol ( ácido-alcohol resistentes)

• Esta propiedad deriva de:– Ácidos micólicos– Glucolípidos– Ceras

Papeles conferidos por la pared AAR

• Aspecto y consistencia cérea de las colonias en placas de Petri

• En líquidos crecen formando grumos• Gran impermeabilidad

– Resistencia a desecación– Resistencia a agentes antibacterianos

• Detergentes• Oxidantes• Ácidos y bases