Clase 2Estructura Celular

2008

La superficie de la célula bacteriana

• pared celular:– estructura más rígida– protege la membrana en la mayoría de

microorganismos

Depositar el cultivo enun portaobjeto

Secar al aire

Pasar el portaobjeto suavemente por la llama

Bañar con colorante, lavary secar

Poner gota de aceite sobreel portaobjeto, examinar conel objetivo 100X

Portaobjeto Aceite

Agregar a la muestra fijada con calor el colorante cristalvioleta y dejar 1 minuto

Todas las bacterias se vende color púrpura

Agregar solución de yodo(lugol) y dejar por 3 min

Todas las bacterias permane-cen de color púrpura

En las bacterias pueden distinguirse dos tipos celulares según la estructura de la superficie celular: Gram (-) y Gram(+)

El péptidoglicano

Diaminopimélico Lisina

Estructura global del peptidoglicán

Síntesis del peptidoglicán

• 4 etapas:1. síntesis de precursores hidrosolubles en

el citoplasma bacteriano

2. unión a un lípido de membrana

3. formación de polímeros lineales en la superficie externa de la membrana

4. formación de enlaces cruzados entre estos polímeros

Primera etapa:N-acetilglucosamina-1-fosfato se une al UDP para dar UDP-NAMSe forma el éter láctico Se unen al mismo tiempo los cinco aminoácidos para formar el N-

acetilmurámico.

Segunda etapa:Cambio del UDP por undecaprenil-fosfato (bactoprenol)Se agrega un pentapéptido de glicina a nivel de la L-lisinaLa molécula que era hidrófila cambia a lipófilaSe une la molécula de NAG

Tercera etapa:En la pared celular se produce la transglucosidación y formación del enlace

beta alargando de esta manera la molécula. Participan autolisinas, enzimas que cortan el enlace β (1,4) de las cadenas

pre-existentesTambién se libera el undecaprenil-fosfato.

Cuarta etapa:Los enlaces transversales entre moléculas del polímero se producen por

transpeptidaciónEl enlace entre las dos D-Ala sirve de activador de la reacción

• La síntesis del péptido es no-traduccional• Participan al menos 15 enzimas• Cada aa es adicionado por una enzima

diferente• La penicilina impide la unión transversal o

puente interpeptídico, pero no la elongación del polímero.

• De la misma manera actúan las cefalosporinas, vancomicina, bacitracina y cicloserina.

Síntesis de peptidoglicán, otras características

Peptidoglicán, otras características

• solo en procariotes

• en casi todas las bacterias

• en arqueas es distinto, se llama pseudopeptidoglicán

• presencia de aminoácidos de configuración D

• la porción glicán es uniforme en el reino de las bacterias

• se conocen ~100 estructuras diferentes

• mayor variación en el péptido de entrecruzamiento

• Nunca están presentes aa aromáticos, ramificados, con S, his, arg, pro

• En Gram positivo el peptidoglicán compone el 90% de la pared.

Pseudopeptidoglicán,en arqueas

NAM es reemplazado por elN-acetiltalosaminurónico (NAT)

Pared de bacterias Gram positivo

• La red de mureína (PG) está muy desarrollada y llega a tener hasta 40 capas

• Los aminoácidos implicados varían de una especie a otra.

• La constitución del esqueleto es característica de la especie y constituye un buen parámetro taxonómico

• Es frecuente la presencia de los aminoácidos L-diaminopimélico o de lisina

• Su contenido proteico es bajo. • En ella se encuentran ácidos teicoicos

Estructura del ácido ribitol teicoico de B. subtilis.

• son polisacáridos acídicos

• contiene residuos de glicerolfosfato o ribitol fosfato

• son polioles conectados por ésteres de fosfato

• tienen azúcares y D-Ala unidos

• tienen carga negativa (superficie bacteriana)

• están asociados a lípidos, ácidos lipoteicoicos

• principal antígeno de superficie

ACIDOS TEICOICOS

Capa S• estructura de proteínas o glicoproteínas en la

superficie de algunas bacterias• Presente en 9 de 10 grupos filogenéticos de

Bacteria y en todos los grupos de Archaea• en algunos casos corresponde a la pared• tiene apariencia cristalina con simetrías• Poco se sabe de su función biológica

– Cubierta protectora– Filtro de moléculas– Atrapador de iones– Función en adhesión o reconocimiento de

superficies

MEMBRANA EXTERNAGRAM NEGATIVO

• segunda bicapa lipídica

• comparte propiedades de la membrana citoplasmática

• contiene fosfolípidos y proteínas, pero también un lípido especial y UNICO, ………el LIPOPOLISACÁRIDO

LPS tóxico=endotoxina

Lípido A• no es un lípido glicerol

• los ácidos grasos van unidos a un disacárido compuesto por N-acetil-glucosamina

• los ácidos grasos más comunes son:– caproico

– láurico

– mirístico

– palmítico

– esteárico

• reemplaza casi completamente los fosfolípidos de la capa externa

• mantiene las características de dipolo• tiene un PM sobre 10.000• la composición química varía• compuesto por 3 regiones

– lípido A– core R– cadena lateral O

• contiene dideoxiazúcares como abecuosa, colitosa, tivelosa, paratosa

El lipopolisacárido (LPS)

Pared de bacterias Gram negativo

• La red de mureina (PG) presenta 1-3 capas• Contiene siempre únicamente mesodiaminopimélico • Nunca contiene lisina • No se encuentran puentes interpeptídicos• Se encuentran grandes cantidades de lipoproteínas y

lipopolisacáridos que representan hasta el 80% del peso seco de la pared celular

• Para mantener la estabilidad de las capas de lipopolisacáridos es necesario el ión Ca++

• La capa de mureína puede ser atacada por la lisozima cuando se las trata con EDTA, un agente que al quelar el Ca++ libera una parte del LPS y permite la acción de la enzima.

• Hasta ahora no se ha podido demostrar la presencia de ácidos teicoicos.

Permeabilidad de la membrana externa

• es relativamente permeable a pequeñas moléculas• no es permeable a enzimas o a moléculas grandes• posee porinas:

– canales de membrana, entran y salen compuestos de bajo PM– la mayoría son inespecíficos– la más grande permite el paso de compuestos de un PM de

hasta 5.000– trímeros de subunidades idénticas– proteínas de transmembrana– poros de 1 nm de diámetro

Porinas• OmpF (1,2 nm) reprimida su expresión por

altas temperaturas y presión osmótica• PhoE se expresa cuando la concentración de

fosfato es baja en el exterior• LamB permite el paso de maltosa y

maltodextrinas, se induce por maltosa, es receptor del fago λ

• Tsx para nucleósidos y receptor del fago T6• TonA para ferricromo, receptor de fagos T1 y

T6

Espacio periplasmático

• solo en bacterias Gram negativo• contiene proteínas como:

–enzimas hidrolíticas–de unión–Quimiorreceptores–Metabolismo energético

Características de la pared

GRAM NEGATIVO

• multicapa• fina

• textura rugosa

GRAM POSITIVO

• un tipo de molécula

• gruesa

• textura lisa

Mycoplasma y Thermoplasma, dos ejemplos de bacterias SIN pared

Mycobacterium tuberculosis: agente etiológico de la tuberculosis

PARED DE MYCOBACTERIUM

LAM: lipoarabinomanano

Mycobacterium tuberculosis. Acid-fast stain. CDC.

Tinción de Ziehl-Nielsen: se hierve en una solución alcohol ácido y el colorante rojo fucsina. Es la única bacteria que capta este colorante en esas condiciones.

FUNCIONES DE LA PARED CELULAR

** Protección       ** Forma           ** División

Resistencia de la pared

• responsable es el peptidoglicán

• la presión de turgor en E. coli es de 5,27 kg/cm2, ………equivalente a la rueda de una bicicleta

OTRAS ESTRUCTURAS CELULARES EN BACTERIAS

Intracelulares- Mesosomas- Gránulos de almacenamiento (cuerpos de inclusión)- Vesículas de gas- Endoesporas

Extracelulares­ Flagelo­ Fimbrias­ Pili­ Cápsula (glicocalix)

MESOSOMAS

• son invaginaciones de la cara interna de la membrana citoplasmática

• aparecen cuando va a dividirse la célula

• se concentra la síntesis de ATP (fosforilación oxidativa)

Cuerpos de inclusión

• depósitos de energía o moléculas estructurales

• separados en el citoplasma por una unidad de membrana que no es una bi-capa, sino una mono-capa lipídica.

El polihidroxibutirato (PHB) constituye una reserva de carbono y energía

Otros cuerpos de inclusión

• GLICÓGENO: polímeros de glucosa, son gránulos más pequeños, solo se ven con el microscopio electrónico. Se pueden teñir con yodo.

• POLIFOSFATO: reservas de fosfato inorgánico. Se tiñen con colorantes básicos.

• GRÁNULOS DE AZUFRE: bacterias que metabolizan el azufre lo oxidan a So en forma de gránulos

• Los gránulos que se pueden ver mediante tinción se llaman metacromáticos

MAGNETOSOMAS

• presente en bacterias magnéticas• función en magnetotaxis• espirilos en agua dulce• cadenas de Fe3O4, 5 a 40 partículas magnéticas

• orientación en un campo magnético• no se conoce el significado ecológico, podría ser

el mantener la bacteria en zonas donde el ambiente cambia anóxico/óxico

• rodeados por una unidad de lípidos, proteínas y glicoproteínas, las que precipitarían el Fe+3

• el hierro es ingresado a través de quelantes

Magnetotactic bacteria. Transmission electron micrograph ofMagnetospirillum magneticum AMB-1 reveals a long chain ofnanometer-sized magnetic particles.

a) b)

a) MET de campo oscuro de un espirilo que contiene cristales magnéticos. b) Imagen magnificada de los cristales magnéticos.

Esquema de las posibles reacciones que conducen a la biomineralización de magnetita en distintas especies de

bacterias magnetotácticas cultivadas.

Komeili, 2007. Annu. Rev. Biochem. 76:351–66

Modelo para la formación de magnetosomas

Three-dimensional organization of magnetosomes.

Komeili, 2007. Annu. Rev. Biochem. 76:351–66

Flotación de cianobacterias provocadas por la presencia de vesículas de gas.

Vesículas de gas

• para regular el nivel de flotación en el agua

• mecanismo de movilidad, en cianobacterias

• tienen forma de huso, huecas, rígidas

• 300 a 700 nm de largo, 60 a 110 nm de ancho

• están en un nº de pocas a cientos por bacteria

• la membrana está compuesta por proteínas

• es impermeable al agua y solutos, pero es permeable a los gases

GvpA: pequeña, altamente hidrofóbica, constituye un 97% de la proteínana total de la vesículaGvpC: más grande, en pequeñas cantidades. Le da rigidez.

ESPORAS, ESPORULACIÓN

Bacillus anthracis y sus esporas

ESPORULACIÓN

• Género Bacillus: aeróbicos, esporulados• Género Clostridium: anaeróbicos obligados o

microaerofílicos, bacilos, esporulados

• Las esporas son refractarias al microscopio óptico, son de forma ovalada, se las puede encontrar intracelular (endospora) o extracelularmente

Esporas

• Pueden ser central, subterminal o terminal• Solo se forma una espora por célula vegetativa• es impermeable a colorantes

• resistente al calor• resistente a la sequedad• resistente a bactericidas• los procesos de esterilización van dirigidos a

matar esporas

(proteínas)

(proteínas)

Dipicolinato de calcio y SASP**)

Endoespora

• contiene dipicolinato de calcio• contiene 10-30% de agua• consistencia de gel• las enzimas permanecen inactivas por la

deshidratación• pH es una unidad menor• contiene proteínas ácido solubles pequeñas

(SASPs) – se unen al DNA y lo protegen de daño por UV,

desecación y del calor seco– son fuente de energía y carbono durante la

germinación

“En el proceso han participado un total aproximado de 200 genes”

Streptomyces: estruct.esporulantes.

Modelos de ensamblaje del anillo Z

• El anillo se ensambla dinámicamente gracias al intercambio de unidades de FtsZ (FtsZ monomérica)

• FtsZ se encuentra en el citoplasma en forma de protofilamentos, en donde el ensamblaje involucra un intercambio de fragmentos entre el citoplasma y el anillo Z