inclusiones citoplasmáticas

Transcripción

1 inclusiones citoplasmáticas Es común que las bacterias almacenen materiales de reserva en forma de gránulos insolubles depositados como polímeros neutros y osmóticamente inertes. Gránulos de ácido poli-b-hidrixibutírico, almidón o glucógeno: cuando la fuente de nitrógeno, azufre o fósforo es limitada se guarda el exceso de carbono. Gránulos de azufre Gránulos de polifosfato (de volutina, metacromáticos o Babes-Ernst): característicos de Corynebacterias.

2 Son acúmulos de sustancias orgánicas o inorgánicas, rodeadas o no de una envoltura limitante de naturaleza proteínica, que se originan dentro del citoplasma bajo determinadas condiciones de crecimiento. Constituyen reservas de fuentes de C o N (inclusiones orgánicas) y de P o S (inclusiones inorgánicas). 1) Inclusiones orgánicas: a) inclusiones polisacarídicas b) gránulos de poli-ß-hidroxibutírico (o, en general de poli-ßhidroxialcanoatos) c) inclusiones de hidrocarburos d) gránulos de cianoficina 2) Inclusiones inorgánicas: a) gránulos de polifosfato b) glóbulos de azufre

3 INCLUSIONES POLISACARÍDICAS Son acumulaciones de α(1 4) glucanos, con ramificaciones en a(1 6), principalmente almidón o glucógeno (según especies), que se depositan de modo más o menos uniforme por todo el citoplasma cuando determinadas bacterias crecen en medios con limitación de fuente de N, pero donde aún sean abundantes las fuentes de C y energía. En esta situación, se detiene prácticamente la síntesis de proteínas y de ácidos nucleicos, y la mayor parte del C asimilado se convierte rápidamente en estos materiales de reserva. Cuando a estas células las pasamos a un medio rico en N, pero carente de fuente de C, estas inclusiones se usan como fuente interna de C para la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. Estas inclusiones actúan, pues, como sistemas de almacenamiento de carbono osmóticamente inertes (la célula puede albergar grandes cantidades de glucosa que, si estuvieran como moléculas libres dentro del citoplasma, podrían tener efectos osmóticos muy negativos). Para observarlas se recurre a la tinción con una solución de I2 + IK (como el lugol) glucógeno: aparece de color pardo-rojizo; almidón (amilopectina): color azul

4 GRÁNULOS DE POLI-ß-HIDROXIBUTÍRICO (PHB) Y DE POLI-HIDROXIALCANOATOS Los gránulos de poli-b-hidroxibutírico son acúmulos del poliéster del ácido ß-hidroxibutírico (= 3-hidroxibutírico), rodeados de una envuelta proteínica, y que al igual que en el caso anterior, se producen en ciertas bacterias como reserva osmóticamente inerte de C en condiciones de deficiciencia de N. Además de la protección osmótica, estos gránulos suponen la ventaja de neutralizar un metabolito ácido (el grupo carboxilo de cada unidad de ß-hidroxibutírico desaparece como tal, al intervenir en el enlace éster con la siguiente unidad). En las especies de Bacillus constituye la fuente de carbono y energía al inicio de la esporulación. Una función semejante parece implicada a la hora del enquistamiento de Azotobacter. Una célula puede contener de 8 a 12 de estos gránulos, que miden unos mm de diámetro, y que van provistos de una envuelta proteica de unos 3-4 nm de grosor. Pueden llegar a representar el 80% en peso de la célula.

5 A diferencia de los acúmulos de polisacáridos, los gránulos de PHB son visibles a microscopio óptico en fresco, debido a su elevado índice de refringencia. Se tiñen bien mediante Negro-Sudán. Gránulos de PHB En los últimos años está quedando patente que los gránulos descritos de PHB son un ejemplo de una clase más amplia de gránulos de poli-ß-hidroxi hidroxi-alcanoatos. Por ejemplo: cuando determinadas especies de Pseudomonas crecen en n- octano como fuente de carbono, se acumula un polímero de ésteres del ácido ß-hidroxi-octanoico, con una función metabólica semejante a la del PHB. Ciertas cepas de Ralstonia eutropha, cuando crecen en glucosa y propiónico producen copolímeros aleatorios de unidades de b-hidroxibutírico y b- hidroxivalérico (=3-hidroxipentanoico).

6 Existen interesantes perspectivas de aprovechamiento económico de estos polímeros, ya que los PHA se comportan como excelentes termoplásticos biodegradables. Por ejemplo, la empresa británica ICI tiene patentados procesos industriales para fabricar PHA donde casi el 90% de las unidades son de hidroxivalérico, que da un polímero flexible comercializado con el nombre de Biopol. Los polímeros a base de 4- o 5-hidroxibutírico y 3-hidroxibutírico son más largos, más elásticos y más biodegradables (se han empleado en la fabricación de envases plasticos).

7 INCLUSIONES DE HIDROCARBUROS Son acúmulos de reserva (con cubierta proteinica) de los hidrocarburos que determinadas bacterias (especialmente Actinomicetos y relacionados) usan como fuente de C.

8 GRÁNULOS DE CIANOFICINA Muchas cianobacterias (Oxifotobacterias) acumulan grandes gránulos refringentes de reservas nitrogenadas cuando se acercan a la fase estacionaria de crecimiento. Estos gránulos de cianoficina son acúmulos de un copolímero de arginina y aspártico: consta de un núcleo de poliaspártico, en el que todos los carboxilos de las cadenas laterales están unidos con L-arginina. Su síntesis no está basada en el mecanismo habitual en ribosomas, ya que no se ve inhibida por el cloramfenicol

9 GRÁNULOS DE POLIFOSFATOS Se denominan también gránulos de volutina o metacromáticos. El nombre de metacromáticos alude al efecto metacromático (cambio de color): cuando se tiñen con los colorantes básicos azul de toluidina o azul de metileno envejecido, se colorean de rojo.

10 Son cúmulos de polifosfato, polímeros lineales del ortofosfato, de longitud variable (por término medio, unas 500 unidades), que representan un modo osmóticamente inerte de almacenar fosfato. Parece ser que la parte central de estos gránulos constituye un núcleo formado por lípidos y proteínas. En algunos casos pueden constituir una fuente de energía, en sustitución del ATP ( se trata en este caso de una especie de fósil bioquímico? ). Se acumulan cuando algún otro nutriente distinto del fosfato se hace escaso (sobre todo cuando va desapareciendo el sulfato). En estas condiciones se detiene la síntesis de los ácidos nucleicos, y la volutina se acumula a la espera de su utilización para esta síntesis de nucleicos, cuando aparezca el nutriente originalmente limitante.

11 Gránulos Babes Ernst- Corynebacterium difteria

12 GLÓBULOS DE AZUFRE Las inclusiones de S aparecen en dos grupos de bacterias que usan sulfuro de hidrógeno (H 2 S): bacterias purpúras del azufre (que usan el H 2 S) como donante de electrones para la fotosíntesis); bacterias filamentosas no fotosintéticas como Beggiatoa, Thiomargarita o Thiothrix, que lo usan como donante de electrones. En ambos casos, el sulfuro de hidrógeno es oxidado a azufre elemental (S 0 ), que en el citoplasma se acumula como glóbulos muy refringentes y rodeados de envuelta proteínica. Estos glóbulos son transitorios, ya que el S 0 se reutiliza por oxidación hasta sulfato, cuando en el medio se agota el sulfuro.

13 Thiomargarita namibiensis Beggiatoa sp.

14 INCLUSIONES DE SALES MINERALES Acúmulos grandes, densos y refringentes de sales insolubles de calcio (sobre todo carbonatos) que aparecen en algunas bacterias (como Achromatium), cuyo papel parece consistir en mantenerlas en el fondo de los lagos y ríos.

15 MAGNETOSOMAS Son orgánulos sensores del campo magnético terrestre, que aparecen en ciertas bacterias acuáticas flageladas microaerófilas o anaerobias (p. ej., en Aquaspirillum magnetotacticum). Consisten en cristales homogéneos de magnetita (Fe 3 O 4 ), de formas cubo-octaédricas o de prisma hexagonal delimitados por una envuelta proteínica. Los diversos cristales suelen disponerse en filas paralelas al eje longitudinal de la bacteria, o en otras agrupaciones regulares de varios unidades, hasta varias decenas.

16 Fueron descubiertas en 1975, y se sabe que permiten la orientación magnética a las bacterias que las poseen (bacterias magnetotácticas), determinando la orientación de su natación. En el hemisferio Norte, el campo magnético está orientado hacia abajo, y en el sur hacia arriba. Las bacterias magnetotácticas del hemisferio septentrional se orientan al Norte, y las del meridional, al Sur. Por consiguiente, cuando las bacterias son removidas de los fondos donde viven, por magnetotaxia pueden volver al fondo, que es donde encuentran las concentraciones de oxígeno y hierro adecuadas para su modo de vida.