ESTRUCTURA BACTERIANA II

Transcripción

1 ESTRUCTURA BACTERIANA II Microbiología General Lic. en Bioquímica Microbiología Lic. en Biotecnología Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN LUIS San Luis-Argentina 2015

2 Estructuras de superficie e inclusiones celulares (opcionales o facultativas)

3 FLAGELOS de bacterias Forma helicoidal La estructura del flagelo incluye: 1. Filamento: se compone de la proteína flagelina 2. Gancho: más ancho, consta de un tipo único de proteina y une el filamento a la parte motora 3. Corpúsculo basal: anclado en la MP y PC. Consta de un eje central que atraviesa una serie de anillos.

4 Corpúsculo basal: Anillos en bacterias Gram negativas: L: en el LPS P: en el PG MS: en la MP C: anclado en el citoplasma Anillos en bacterias Gram positivas: MS: en la MP C: en el citoplasma Proteínas MOT: ancladas en el citoplasma, son el motor que determina el giro del filamento para propulsar a la célula. Proteinas Fli: conmutador del motor flagelar, invierten la rotación del flagelo en respuesta a señales intercelulares. Energía: FPM Anillo C Anillo C

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6 Síntesis de flagelos 1- se sintetiza el MS y C y se inserta en la MP 2- otros anillos 3- gancho 4- Proteina Cap: ayuda a la organización de la flagelina La flagelina se sintetiza en el citoplasma y pasa por un canal del interior del flagelo hacia el otro extremo.

7 UBICACIÓN DE LOS FLAGELOS Flagelos polares (a) y (b) los flagelos se ubican a un lado o ambos lados de la célula Flagelos peritricos (d) y lofotricos (e) los flagelos se insertan en distintas ubicaciones en la superficie celular

8 Flagelos lofotricos Pseudomonas Flagelos peritricos Proteus

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10 Movilidad por flagelos biologyanimations/animations/bacterialmot ility/play_motility.html

11 Clostridium chauvoei TINCION DE FLAGELOS COLORACIÓN ARGÉNTICA

12 Otras formas de movilidad: -por DESLIZAMIENTO Células filamentosas o bacilares (cianobacterias, Bacterias Gram negativas y mixobacterias) Los procariotas reptan en forma lineal y lenta (10 μm/seg) Requiere el contacto entre la célula y una superficie sólida En medio de cultivo sólido: desplazamiento desde el centro de la colonia Secretan por poros un polisacárido mucoso que contacta sobre la superficie sólida (la bacteria se adhiere y se desplaza por tracción) DESLIZAMIENTO por extensión y retracción de los pelos tipo IV DESLIZAMIENTO por movimiento de proteínas de superficie ancladas en la MC y en la ME que impulsan a la célula con energía de la FMP.

13 En el PG hay enganches que conectan proteínas del citoplasma con proteínas de la ME y las impulsan a lo largo de una superficie solida

14 Filamentos axiales Flagelos internos, ubicados entre la pared celular y la vaina externa de espiroquetas. Función: movilidad Movilidad por deslizamiento Polisacárido mucoso (OS)

15 Sistema de respuestas sensoriales Quimiotaxis y Fototaxis Las bacterias móviles pueden responder a GRADIENTES QUÍMICOS o FÍSICOS DEL AMBIENTE en forma + ó - dirigiendo el MOVIMIENTO de la célula HACIA LA MOLÉCULA SEÑAL O EN SENTIDO CONTRARIO: Tactismo: movimiento dirigido Quimiotaxis: respuesta a agentes químicos Fototaxis : respuesta a la luz Principalmente, ocurre en bacterias flageladas

16 E. coli nada hacia la más alta concentración del quimioatrayente o fuera de la más alta concentración del quimiorepelente.

17 Proceso de quimiotaxis de una bacteria peritrica En ausencia de un gradiente: movimiento al azar, realizan carreras y se desplazan hacia delante suavemente con volteretas o tumbos (se para), cambia la dirección (girando) al azar. Movimiento sin sentido. En presencia de una sustancia atrayente: capta concentraciones más altas de la sustancia atrayente; las carreras son más frecuentes y las volteretas más escasas Las sustancias atrayentes y repelentes son detectadas por quimioreceptores de membrana que ponen en marcha el proceso de transducción sensorial hasta el flagelo.

18 FOTOTAXIS: Bacterias fotótrofas que van hacia la luz para el proceso de fotosíntesis Fotorreceptor: detecta el gradiente de luz y lo transmite al flagelo OTROS TACTISMOS: Aerotaxis: oxígeno Osmotaxis: fuerza iónica Hidrotaxis: agua Incidencia de luz a través de una preparación microscópica sobre un portaobjetos con bacterias fotótrofas móviles. Se acumulan donde sus pigmentos fotosintéticos captan mayor cantidad de luz.

19 FIMBRIAS Son estructuras filamentosas y proteicas Funciones: -Fijación ó adherencia a tejidos animales y humanos -Formación de biofilms Ej.: Salmonella

20 PILI o PELOS Son estructuras filamentosas y proteicas más largos que las fimbrias. en gral. no confieren movilidad, pero si lo hacen por ej. los pili tipo IV de Moraxella y Pseudomonas: -movilidad a tirones sobre superficies sólidas pocos sobre la superficie celular. colaboran en la adhesión al epitelio del hospedador (e.g. córnea) y a superficies son receptores para algunos bacteriófagos. facilitan la tranferencia génetica Conjugación Pelo cubierto con virus

21 Flagelos y fimbrias Pili o pelos

22 GLICOCALIX o CAPA MUCOSA Es un material viscoso, polisacarídico, que se extiende alrededor de la célula, que no aporta resistencia estructural, se deforma fácilmente y suele desprenderse CÁPSULA: matriz rígida formada por polisacáridos, fuertemente unida a la PC. Excluye a los colorantes.

23 GLICOCALIX o SLIME

24 Formación de BIOFILMS Adherencia a tejidos específicos del hospedador

25 FUNCIONES DE LA CÁPSULA Mayor resistencia de la bacteria a la fagocitosis por las células del sistema inmune del hospedador. Resistencia a la desecación

26 Tinción de cápsulas y glicocálix: TÉCNICA DE BURRI Tinción negativa usando tinta china que permite determinar la presencia de cápsulas polisacarídicas, Se ven claras o refringentes ya que excluyen el colorante. Acinetobacter Cianobacteria Nostoc

27 GRÁNULOS o INCLUSIONES CELULARES: reservas de energía y depósitos de precursores (insoluble) Las bacterias los pueden utilizar cuando hay depleción de nutrientes. Ej.: glucógeno, ácido poli-beta-hidroxibutírico, gránulos de azufre y polifosfato Acido poli-beta-hidroxibutirico PHB (poli- beta-hidroxialkanoatos) polimeros que actúan como reserva de C y E. se sintetizan cuando hay un exceso de C se hidrolizan para biosíntesis de elementos Gránulos de polifosfatos (Pi) que son degradados y utilizados para la síntesis de ác. nucleícos y fosfolípidos Azufre Compuestos como sulfuro y tiosulfatos se oxidan y acumulan como S 0 en el periplasma H 2 S S 0 SO 4

28 MAGNETOSOMAS - partículas cristalinas intracelulares de Fe 3 O 4 (magnetita) dipolo magnético magnetotaxis: proceso en el que las bacterias se orientan o desplazan siguiendo un campo magnético

29 VESÍCULAS DE GAS - para flotación -estructura hueca, fusiforme, rígida y llena de gas -membrana proteica impermeable al agua y solutos y permeable al gas -Proteinas: GvpA (hidrofóbica y rígida) y GvpC, forman una estructura reticular

30 ENDOSPORA BACTERIANA Es una estructura altamente diferenciada producida por ciertas bacterias Gram positivas (Bacillus y Clostridium) Resistentes al calor, desecación, radiación, ácidos y desinfectantes químicos Impermeables a los colorantes. Refringentes. Esporangio = célula madre + espora. Endospores can remain dormant indefinitely but germinate quickly when the appropriate trigger is applied. esporas terminales esporas subterminales esporas centrales

31 Estructura de la espora -Exosporio: fina cubierta proteica -Cutícula, capa o cubierta de la espora: con proteínas especificas ricas en puentes disulfuro = impermeabilidad -Cortex: capa de PG con uniones laxas (Estas capas están ausentes en la célula vegetativa) Núcleo (core) de la espora: -Pared -Membrana citoplásmatica -Citoplasma -Nucleoide -Ribosomas -Orgánulos PG: peptidoglicano

32 ENDOSPORA BACTERIANA Contiene: -SASPs : pequeñas proteínas ácido solubles, que estabilizan y protegen el ADN. -Ca 2+ en altas concentraciones -ácido dipicolínico (DPA) Ca 2+ y DPA forman un quelato, llamado dipicolinato cálcico (DPC), exclusivo de las esporas bacterianas. DPC: -reduce la disponibilidad de agua dentro de la espora (deshidratación)-- -se intercala en el ADN, estabilizándolo frente al calor (termorresistencia). DPC: Dipicolinato cálcico

33 Según su diámetro : Deformantes No deformantes Según su localización dentro del esporangio: Terminales Subterminales Centrales Típicos esporangios deformantes de Clostridium: En palillo de tambor o cerilla a) central no deformante; b)subterminal no defor mante; c) terminal no deformante; d) terminal deformante (plectridio, palillo de tambor).

34 ETAPAS DE LA ESPORULACIÓN Cuando la bacteria detecta bajos niveles de nutrientes (C, N, P) desencadena el proceso de esporulación La espora se forma dentro de la célula vegetativa Esporangio = célula madre + endospora Al final de la esporulación, la célula madre se autolisa, y la espora queda libre La endospora soporta larguísimos períodos en ausencia de nutrientes. Resiste estrés ambientales. En condiciones adecuadas, la espora germinará y se transformará en una célula vegetativa

35 Proceso de esporulación: más 200 genes específicos de la esporulación: spo sps 0: Condensación de ADN 1: División celular asimétrica 2: El septo se invagina 3: Formación de la preespora, sintesis de exosporio, formación del cortex y dehidratación 4: Incorporación de calcio, deshidratación adicional, producción de SASPs y ADP, formación de la cuticula 5-Desarrollo de resistencia al calor y a agentes químicos (maduración) 6 y 7: Lisis de la célula y liberación de la endospora (8 h)

36 Etapas de esporulación en bacterias /student_view0/chapter3/animatio n_quiz_1.html

37 Germinación de la espora Proceso por el cual una espora pasa al estado vegetativo. Más rápida que la esporulación: 90 min Incluye: 1. Preactivación 2. Activación 3. Iniciación (o germinación en sentido estricto) 4. Crecimiento ulterior (entrada en fase vegetativa) 1. PREACTIVACIÓN: Las cubiertas deben erosionarse: De modo natural: envejecimiento progresivo De modo artificial: 100ºC durante unos minutos radiaciones ionizantes bajos ph con mercaptoetanol

38 2. ACTIVACIÓN: Etapa aún reversible. Metabolismo aún latente Desencadenada por un germinante: Iones inorgánicos (Mg 2+, Mn 2+ ) L-Ala Glucosa u otros azúcares Adenina u otras bases nitrogenadas Empieza a entrar agua al protoplasto espora pierde la refringencia y comienza a perder resistencia al calor Mecanismo: El germinante es detectado por un receptor alostérico a nivel de la membrana esporal, se activa, adquiere capacidad proteolítica específica para romper una proenzima que hasta ese momento se encontraba unida covalentemente al peptidoglucano de la corteza. La enzima resultante comienza a hidrolizar el peptidoglucano cortical.

39 3- GERMINACIÓN El proceso es irreversible Se rompe el estado de latencia Hay metabolismo, pero es endógeno -no depende todavía de sustancias externas Cambios principales: Se pierde DPA se pierde Ca 2+ Ca 2+ pasa a corteza neutraliza cargas negativas del PG rehidratación e hinchamiento del protoplasto más contracción de la corteza SASPs son hidrolizadas por una proteasa específica que hasta ese momento estaba inactiva aminoácidos se reutilizan en nuevas proteínas Comienza la transcripción de genes vegetativos. La ARN polimerasa comienza a sintetizar ARN.

40 4- TERMINACIÓN Y CRECIMIENTO ULTERIOR El metabolismo ya se hace exógeno: puede tomar nutrientes del exterior y metabolizarlos Se sintetiza ADN Protoplasto crece La pared de la espora sirve como cebador para la pared de la célula vegetativa La célula vegetativa sale rompiendo las cubiertas esta célula vegetativa se tiñe como Gram-negativa, y sólo adquirirá su típica grampositividad después de la primera división. Salida de la nueva célula vegetativa (final de la germinación)

41 TINCIÓN DE ESPORAS: No se tiñen por los colorantes normales. Hay que forzar por calor y/o mordientes (por ejemplo, tras teñir con fucsina en caliente, resisten decoloración por alcohol-clh) Esporas teñidas con verde de malaquita (Wirtz Conklin) Esporas teñidas con fucsina en caliente (Moeller)

42 Referencias: -Brock: Biología de los microorganismos. Prentice Hall