LA CELULA PROCARIOTA. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

Transcripción

1 LA CELULA PROCARIOTA. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

2 CLASIFICACIÓN de las células microbianas (por su estructura celular) 1.- PROCARIOTAS - Bacterias - Cianofíceas - Arqueobacterias 2.- EUCARIOTAS - Algas - Hongos filamentosos y levaduras - Protistas

3 PROCARIOTAS Bacterias Hongos y levaduras Cianofíceas EUCARIOTAS Protistas urbinavinos.blogspot.com

4 ESTRUCTURA DE LA CÉLULA PROCARIOTA Estructuras fundamentales y constantes Membrana citoplasmática Citoplasma Ribosomas Nucleoide o ADN cromosomal Pared Elementos facultativos Cápsula o glicocálix Flagelos Fimbrias Pelos Endospora Plásmidos

5 TAMAÑO Y MORFOLOGÍA DE LOS PROCARIOTAS Tamaño: En el orden de los micrones Equivalencia: 1 μm = 10-3 mm Límites: 0,15 μm a 750 μm Relación S/V Morfología: cocos bacilos espirilos espiroquetas con apéndices filamentosos pleomorfismo

6 Helicobacter Staphylococcus Pseudomonas Borrelia

7 Bacillus anthracis Staphylococcus aureus

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11 AGRUPACIONES BACTERIANAS

12 Estructuras constantes

13 ADN BACTERIANO Un cromosoma empaquetado: nucleoide Tamaño del genoma: 0.5 to 6 Mb (500 a 6000 genes) Plásmidos: -estructuras más pequeñas y circulares de ADN -extracromosomal -copias múltiples -genes de resistencia a antibióticos -genes que codifican para toxinas -replicación independiente de la división celular.

14 RIBOSOMAS Función: Síntesis de proteínas Estructura: 60% RNA ribosomal 40% proteínas 2 subunidades: -grande 50 S (Svedberg) -pequeña 30 S En total: 70 S -unidad pequeña 30 S: ARNr 16S + 21 proteínas -unidad grande 50 S: ARNr 5S y 23S + 31 proteínas

15 MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Estructura Bicapa fosfolipídica con proteínas embebidas. Espesor: 6 a 8 nm La estructura se estabiliza mediante puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas y con Mg 2+ y Ca2+ que interaccionan los fosfolípidos. Funciones Barrera de permeabilidad altamente selectiva (6 a 8nm) Concentra y excreta metabolitos específicos

16 Observación en microscopio electrónico: las células deben tratarse con ácido ósmico o con cualquier otro compuesto denso a los electrones capaz de combinarse con los componentes hidrofílicos de la membrana. Las membranas se visualizan como dos líneas claras separadas por una zona más oscura.

17 Proteínas de membrana plasmática (MP) -proteínas periplásmicas: -se encuentran en la cara externa de la MP - funciones: unión de sustratos y el procesamiento de macromoléculas para ser transportadas al interior de la célula: - proteínas integrales de membrana: -se comportan como proteínas unidas a membrana -funciones: distintos procesos celulares, ppalm. transporte. -proteínas periféricas de membrana (no están embebidas en la MP): Algunas son lipoproteínas, llamadas proteínas de membrana con anclaje lipídico. -funciones: metabolismo energético y transporte.

18 Esteroles y hopanoides: agentes reforzantes de las membranas plasmáticas En eucariotas Colesterol: típico esterol En procariotas: Hopanoides

19 Funciones de esteroles y hopanoides -aumentan la resistencia de la membrana plasmática debido a su estructura planar rígida. favorecen la estabilización de las membranas, pero las hace menos flexibles. mayor rigidez de la membrana. Esto es muy importante en los organismos eucariotas que carecen de pared celular. Por su mayor tamaño, sus membranas están sometidas a tensiones físicas muy importantes.

20 Diferencias de membranas plasmáticas entre Bacteria, Eukarya y Archae CH3 CH2 CH2 COOH ÁCIDO GRASO Bacteria o Eukarya Archaea ISOPRENO

21 Monocapa lipídica: da ventaja en ambientes hipertermófilos

22 Principales funciones de la membrana citoplasmática

23 FUNCIONES de la membrana citoplasmática - barrera de permeabilidad El agua puede atravesar libremente la membrana por ser pequeña y carecer de carga. Aquaporinas: proteínas que forman canales intramembranales por donde transcurre el agua. La mayoría de las sustancias no son capaces de entrar en la célula de forma pasiva, por lo que los procesos de transporte son críticos para el funcionamiento de las células. Sustancia Porcentaje de permeabilidad Agua 100 Glicerol 0,1 Glucosa 0,001 Triptófano 0,0001 Ion Cloruro (Cl -) Ion Potasio (K+) Ion Sodio (Na+) 0, ,

24 Necesidad de proteínas transportadoras: para acumular nutrientes dentro de la célula en contra de un gradiente de concentración. Proteínas transportadoras: Saturación Especificidad Regulación por parte de la célula Pocas sustancias Lenta

25 Sistemas de transporte de membrana 1. transporte simple 2. traslocación de grupo 3. sistema ABC (ATP-binding cassette) Una proteína transmembrana. Energía: fuerza motriz de protones Ej.: permeasa Lac de E. coli Sustancia transportada: lactosa Serie de proteínas Energía: fosfoenolpiruvato Ej.: e. coli Sust.: glucosa, manosa, fructosa La sustancia se fosforila!! Tres componentes: -proteina de unión al sustrato, -un transportador integrado a la membrana -una proteina que hidroliza ATP

26 Estructura de los transportadores transmembranales 12 dominios proteicos alineadas en círculo formando un canal a través de la membrana (12 hélices de tipo alfa hélice que se pliegan hacia atrás y adelante y que cambian su configuración ) Tipos de procesos de transporte Uniportadores (unidireccional) Simportadores (co-transporte con H+) Antiportadores (en ambos sentidos) En transporte de tipo antiporte y simporte, la molécula cotransportada se indica en amarillo

27 TRANSPORTE SIMPLE: la permeasa Lac de E. coli Captación de lactosa por Escherichia coli Transportador simple: la permeasa Lac Captación del disacárido: requiere energía de la fuerza motriz de protones (FPM) que es posteriormente regenerado.

28 TRANSLOCACIÓN DE GRUPO: sistema fosfotransferasa de E. coli El sistema consta de 5 proteínas: Enzimas (Enz) I,IIa,IIb y IIc, y HPr. La transferencia secuencial de fosfato tiene lugar desde el fosfoenolpiruvato (alta energía) a través de las proteínas, hasta la enzima IIc. Esta última es la auténtica responsable del transporte y fosforilación de glucosa a Glu-6-P. Luego comienza la glucólisis.

29 Sistema de transporte ABC (ATP-binding cassette) -Alta afinidad por sustrato: hasta10-6 M!! -Requiere: Proteína periplasmática de unión Proteína transmembrana Proteína que hidroliza ATP Transporta: azúcares, aminoácidos y compuestos inorgánicos Ubicación: -en el periplasma (bacterias Gram negativas). -en cara externa de MC (Gram positivas)

30 Transporte de proteínas al exterior celular por TRANSLOCASAS, específicas para el tipo de proteína exportada Ej.: 1. Sistema Sec de translocación: consta de 7 proteínas Funciones: -transporte de enzimas (exoenzimas) para hidrolizar nutrientes insolubles (almidón) - excreción de toxinas proteicas 2. Sistema de secreción tipo III (SST3): toxinas proteicas que se traslocan directamente de la bacteria al hospedador (ej. inyectisoma de Yersinia enterocolitica. De

31 En resumen, -la membrana puede ser considerada como un mosaico fluido en el que existen proteínas globulares con orientaciones específicas que atraviesan la bicapa lipídica, que a pesar de su estricta organización posee alta movilidad. Este tipo de organización confiere importantes propiedades funcionales a las membranas

32 Pared celular

33 PARED CELULAR: Funciones: -confiere forma y rigidez -protege a la bacteria de la lisis osmótica. Estructura: erias-diferencia-de-gram-positiva-debacterias-gram-negativas.html

34 PARED CELULAR DE BACTERIAS GRAM-POSITIVAS 90 % de PG Ácidos teicoicos: polisacáridos ácidos o polialcoholes cargados negativamente (glicerolfosfato o ribitolfosfato), se unen covalentemente a ác. muramico del PG y entre sí por uniones éster fosfato. Se unen a Ca++ y Mg++ para su transporte. Con lípidos de la membrana = ácidos lipoteicoicos

35 PARED CELULAR DE BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS 10% PG

36 Diferencias en la estructura del peptidoglicano de bacterias Gram positivas y Gram negativas

37 Estructura del peptidoglicano (PG) (sólo en bacterias, no existe en otras células) 1. Un polímero rígido formado por unidades repetitivas de: N-Acetilglucosamina ácido N-acetilmurámico NAG-NAM-NAG-NAM-NAG-NAM-NAG-NAM Puentes tetrapeptídicos de unión del PG: Cada puente tiene 4 aminoácidos: L-Ala D-Ala D-glutámico Lis ó ácido diaminopimélico (DAP) 3. Un puente interpeptídico (sólo en Gram positivos!!!)

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39 Bacterias Gram positivas Gram positivos El puente interpeptídico varia según el tipo y número de aa.

40 Bacterias Gram negativas Gram negativos: enlace peptídico directo entre el grupo amino de DAP y el COOH- de D-Ala.

41 Coloración de Gram (se basa en la estructura de la pared) Preparación del frotis y coloración diferencial: Resultado final: Color azul o violeta: Gram positivos Rosado o rojizo: Gram negativos - 2 colorantes - 1decolorante

42 PROTOPLASTOS son bacterias que han perdido su pared celular. Los protoplastos se pueden obtener por tratamiento con lisozima en solución isotónica de sacarosa. En agua Lisozima es una enzima que digiere el PG (ataca las uniones β-1,4 entre NAG-NAM). En solución isotónica, el agua no ingresa a la bacteria, entonces no hay lisis. En sacarosa ESFEROPLASTOS: son microorganismos que conservan restos de pared. FORMAS L: son bacterias sin pared con capacidad de producir enfermedad.

43 Células naturalmente sin paredes: -Mycoplasma: bacterias que tienen formas extremadamente variables ya que no tienen pared celular rígida. Ni la penicilina ni la lisozima afectan a estos organismos Pueden sobrevivir sin pared ya que su membrana citoplasmática es más resistente por la presencia de esteroles. Habitan en hábitats osmóticamente protegidos (como el cuerpo de los animales y el ser humano). -Thermoplasma (Archaea) no tiene pared, pero sí membranas especiales. Son procariotas de vida libre.

44 Variaciones extremas de morfología de Mycoplasma pneumoniae 44

45 PARED CELULAR DE BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS -Periplasma: incluye peptidoglicano (10%) -Membrana externa: bicapa lipídica ---- región interna: lipoproteínas de anclaje al PG región externa contiene proteínas y lipopolisacáridos (LPS) 10%

46 e x t e r i o r LPS: 3 regiones de adentro hacia afuera -Lípido A: tiene propiedades de ENDOTOXINA!! cuando se libera causa graves síntomas en humanos. -Núcleo de polisacárido: cetodoxioctonato (KDO),heptosas, gal, glu y NAG. -Polisacárido O-específico: secuencias de 4 o 5 unidades repetidas de diferentes monosacáridos. Es el antígeno somático O, diferente para cada especie, usado para identificar bacterias usando anticuerpos específicos antio. Tiene valor inmunológico!! i n t e r i o r

47 LPS Presente sólo en bacterias Gram negativas. Antígeno O: unidades de disacáridos. Permite diferenciar una especie en serotipos Core: polisacárido ramificado Lípido A : Endotoxina!! Acción tóxica en animales y humanos

48 PORINAS Proteínas transmembranales de tres subunidades idénticas de 1 nm de diámetro. Permiten el transporte de pequeñas moléculas hidrofílicas de bajo peso molecular. Porinas específicas e inespecíficas. ESPACIO PERIPLASMÁTICO: De 12 a 15 nm entre la membrana citoplasmática y la superficie interna de la membrana externa. Consist. gelatinosa. Incluye: -enzimas hidrolíticas -proteínas de unión -quimiorreceptores

49 Composición de la pared en Archaea 1. Pseudopeptidoglicano El esqueleto del pseudopeptidoglicano está formado por unidades alternativas de: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido Nacetiltalosaminurónico (NAT). unidas por enlaces glicosídicos β-1,3 Funciones: -Confiere la forma celular. -Impide la lisis celular. -Otorga resistencia a lisozima y penicilinas.

50 2. proteínas, polisacáridos o glicoproteínas. 3. capa paracristalina (capa S) Está formada por glicoproteína o proteína en simetría hexagonal. Funciones: Barrera de permeabilidad externa y protección. Micrografía electrónica de Capa S. Brock. Biología de los microorganismos. 10 edición. Prentice-Hall