BIOQUIMICA Y FISIOLOGÍA MICROBIANA

Dra. Yenizey Merit Alvarez Cisneros

Fisiología microbiana:

Ciencia que estudia el funcionamiento de las células microbianas a nivel bioquímico. Incluye el estudio del crecimiento, el metabolismo y la estructura.

Bioquímica:

Es la ciencia que estudia la base molecular de la vida (proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos), así como las reacciones químicas que sufren estas biomoléculas (metabolismo) para obtener energía (catabolismo) y generar moléculas propias (anabolismo).

Microorganismo

Los microorganismos también llamados microbiosson seres diminutos que individualmente sondemasiado pequeños para ser observados asimple vista.

Nomenclatura

La nomenclatura científica asigna dos nombres a cada organismo: genero y epíteto científico (especie).

staphylococcus aureusStaphylococcus aureusS. aureus

Escherichia ColiEscherichia coliE.coli

Theodor Escherich

Clasificación de los microorganismos

Habían 5 reinos. Pero ahora hay tres Dominios

– Eukarya, organismos con núcleo y organelos, multicelulares y algunos unicelulares (fungi, plantae, animalia y protista).

– Bacteria, no compartamentalizados, unicelulares.

– Archaea, unicelulares con membranas características y genoma muy alejado del bacteriano.

Jerarquía taxonómica

BACTERIA

No asignado

Proteobacterias

Gamma-proteobacterias

Enterobacteriales

Enterobacteriaceae

Escherichia

E. coli

Dominio

Reino

Filo

Clase

Orden

Familia

Género

Especie

Microorganismos

Bacterias

Eucariotas

Procariotas

ProtozoosHongosAlgas microscópicas

Archaea

Bacteria o eubacteria

Características:

• Célula procariota

• Ribosoma 70S

• Pared bacteriana de peptidoglucano

• Ausencia de esteroles en la membrana

• Ausencia de mitocondrias, RE y AG.

• Órganos de movilidad simples

• Cromosoma único y plásmidos

– Bacteria (con mayúscula) se refiere al dominio,

– bacteria, (con minúscula) se refiere a los procariontes, los miembros de los dos dominios, Bacteria y Archaea son procariontes.

Archaea o arqueobacterias

• Célula procariota

•Pared bacteriana sin peptidoglucano

•Morfología (bacilos, cocos y hélices)

• Propiedades fisiológicas

1. Aerobios

2. Anaerobios facultativos

3. Anaerobios estrictos

• Habitan en ambientes extremos

1. Metanógenos (Methanobacterium)

2. Halófilos extremos (Halobacterium y Halococcus)

3. Termófilos extremos o (Thermoplasma acidhophilus)

Diferencias

Bacteria Archaea

Tipo celular procariota procariota

Reproducción asexual asexual

Pared celular Contiene peptidoglucano No contiene peptidoglucano

Lípidos de membrana Compuesto por cadenas rectas de carbono unidas al glicerol por enlaces éster.

Compuesto por cadenas de carbono ramificadas unidas al glicerol por cualquier enlace.

Primer aminoácido en la síntesis proteica

Formilmetionina Metionina

Histonas No Si

Microorganismos

Bacterias

Eucariotas

Procariotas

ProtozoosHongosAlgas microscópicas

Archaea

Hongos

• Célula eucarionte unicelulares (levaduras) o multicelulares (setas)

• Material genético localizado en el núcleo

• Ribosoma 80S

• No tienen capacidad de fotosíntesis

• Tienen paredes celulares compuestas por “quitina”

• Reproducción sexual o asexual

Estructura de la célula

Membrana plasmática

CitoplasmaADN

Orgánulos

La estructura básica de la célula consta de:

Estructura celular

Estructuras permanentes

• Pared celular• Membrana citoplasmática• Citoplasma• Ribosomas • ADN

Estructuras variables

• Flagelos• Fimbrias y pili• Exopolisacáridos (cápsula y glicocalix)• Endosporas

Célula Procariota

Célula Eucariota

• El material genético está libre en el citoplasma.

• Sólo posee ribosomas como orgánulos.• La pared celular esta conformado por

peptidoglucano.• Reproducción asexual “fisión binaria”• Es la célula que presentan las bacterias y

Archaea.

• El material genético está encerrado en una membrana que forma el núcleo.

• Poseen un gran numero de orgánulos rodeados por membrana.

• Algunas no tienen pared celular y si existe posee una estructura química sencilla.

• Reproducción sexual (mitosis) o asexual.• Es la célula que presentan todos los demás seres

vivos.

CELULA ANIMALCELULA VEGETAL

La célula vegetal se caracteriza por:

1.- Presenta una pared celular rígida que contiene celulosa, además de membrana.

2.- Presenta cloroplastos, responsables de la fotosíntesis.

3.- Presenta una gran vacuola central.

4.- Carece de centriolos.

Membrana plasmática:

La membrana delimita el territorio de la célula y controla el contenido químico de la célula.

40%

50%

Modelo del mosaico fluido

Fosfolípidos: son lípidos anfipáticos compuestos por una molécula de glicerol, a la que se unen dos ácidos grasos (saturado e insaturado) formando un enlace éster y un grupo fosfato unido a un grupo orgánico.

Colina, serina o etanolamina

Fosfatidilcolina

glicerol

Áci

do

gra

so s

atu

rad

o

Áci

do

gra

so in

satu

rad

o

Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen diferentes enlaces químicos

Éster - Bacteria Éter – Archaea

Isopreno

Glicerol

La membrana plasmática realiza las siguientes funciones:

1) Aísla el citoplasma del medio externo (permeabilidad selectiva)

2) Regula el flujo de materiales entre el citoplasma y su medio (adquisición de nutrientes y eliminación de desechos).

Pasivos (difusión simple, difusión facilitada y osmosis)

Activo ( transporte activo y traslocación)

3) Permite la interacción con otras células

4) Barrera de permeabilidad

• Moléculas pequeñas sin carga

• Hidrofóbicas

Citoplasma:

Componente líquido que se encuentra dentro de la membrana plasmática.

Compuesto principalmente por 80% agua y moléculas orgánicas e inorgánicas, material genético (plásmidos) y ribosomas.

Ribosomas:

Contienen todos los componentes necesarios para la síntesis proteica.

Ribosoma 70S en procariotas(2 subunidades 30S y 50S)

Ribosoma 80S en Eucariotas(2 subunidades 60S y 40S)

Compuestos por RNA y proteínas

Coeficiente de sedimentación (unidades Svedberg)

Flagelos: Son apéndices filamentosos relativamente largos que propulsan a

las bacterias. Compuestos por tres elementos fundamentales: un filamento

(flagelina), el gancho y el cuerpo basal. Clasificación:

1. atricas 2. monotricas 3. anfitricas

4. lofotricas 5. peritricas

Gram - Gram +

Filamento

Gancho

Cuerpo Basal

Fimbrias y pili:

Apéndices pilosos más cortos, rectos y delgados que los flagelos.

Cumplen funciones de fijación y transferencia de ADN.

Compuestas por “pilina”

Las fimbrias nacen en los polos de las células bacterianas

El pili es mas largo que las fimbrias y solo se encuentran uno o

dos por célula.

Participa en la transferencia intracelular de ADN (conjugación)

Conjugación

Exopolisacáridos:

Cubierta de naturaleza polisacárida que rodea una bacteria.

Sintetizados en la membrana citoplasmática, y atraviesan la

pared celular para localizarse en la parte externa.

Clasificación:

1.Cápsula (Rigidez)

• Protege de la fagocitosis• Factor de virulencia • Tinción negativa

1.Glucocáliz (Flexibles)

• Participa en la formación de biopeliculas

• Protege de fagocitosis o de la acción de antimicrobianos

Endosporas o células en reposo:

Son cuerpos deshidratados con una gruesa pared o capas adicionales.

Producidas bajo condiciones adversas para la célula (carencia de nutrientes o falta de agua)

Se forman en el interior de la membrana celular y son liberadas al medio ambiente

Pueden sobrevivir a temperaturas extremas, falta de agua y exposición a muchos compuestos tóxicos y radiaciones.

esporulación o esporogénesis

• Clostridium sp.• Bacillus sp.

Pared celular en Bacteria:

Es una estructura compleja y semirrígida responsable de la

configuración de la célula.

Rodea a la membrana plasmática protegiendo el interior de la célula

de cambios adversos en el medio externo.

Contribuye al mantenimiento de la forma de la bacteria

Actúa como sitio de anclaje para los flagelos

Compuesta por peptidoglucano “mureína”

PEPTIDOGLUCANO:

Formado por cadenas lineales de disacárido (NAG + NAM) que

constituyen un esqueleto de hidratos de carbono unido por

polipéptidos mediante un puente transversal peptídico.

Diferencia entre Gram positivas y negativas

Gram (+) Gram (-)

• Varias capas de peptidoglucano

• Ácidos teicoicos Poliglicerol fosfato

(ácido lipoteicoico) Poliribitol fosfato

(ácido teicoico de la pared)

• Retiene el colorante cristal violeta (mo de azul-morado)

• Una sola capa de peptidoglucano localizada en el periplasma

• Tiene una membrana lipídica externa Lipoproteínas Lipopolisacáridos (LPS) FosfolípidosProteínas (porina)

• No se tiñe con cristal violeta, pero si con safranina (mo de rosa-rojo)

Ácido teicoico

Ácido lipoteicoico

Porina

Polisacárido OLípído A

LPS

Pared celular de Archaea

• No contiene peptidoglicano

• La pared puede ser de:– pseudopeptidoglicano (pseudomureina) tiñe G+

– pseudomureina cubierta de proteína, tiñe G+

– monocapa superficial de proteina o glicoproteina, sin pseudomureina (algunos halófilos, alg.metanogénicosy termoacidófilos) tiñe G-

• Existen Archaea sin pared

Pseudopeptidoglicano de Archaea

Diferencia entre la estructura celular de Bacteria, Archaea y Eucarya

Propiedad Bacteria Eucarya Archaea

Membrana nuclear

NO SI NO

Organelos NO SI NO

Tamaño ribosoma

70S 80S 70S

Peptidoglucano en la pared

SI NO NO

Esteroles en membrana

NO

(hopanoides)

SI SI

Lípidos de membrana

Ester unidos a glicerol

Ester unido a glicerol

Eter, ramificados