Download - Membrana plasmática en bacterias
Membrana plasmtica. plasmtica. Estructura y funcin. funcin. Genforo bacteriano. bacteriano. Ribosoma e inclusiones. inclusiones.Miguel Talledo
Membrana plasmticay y y y y y y
Estructura de 8 nm de espesor que separa el interior del exterior celular. Si se destruye, se pierde la integridad celular. Es barrera selectiva (retiene metabolitos importantes y excreta sustancias de desecho). Tambin se le llama membrana interna (inner membrane). El componente ms abundante es el fosfolpido y luego las protenas. Tambin puede contener carbohidratos y esteroles, como el colesterol. Los procariontes no tienen esteroles en membrana (excepto Mycoplasma) y eso le quita rigidez a sta.
Composicin qumica de la membrana plasmticay y
y y y
Bicapa lipdica Fosfolpidos con regiones altamente hidrofbicas (cola no polar de cidos grasos, insoluble en agua) y regiones hidroflicas (cabeza polar de glicerol y fosfato, soluble en agua) Hay molculas de protena, embebidas en la capa externa de la membrana o la capa interna (protenas perifricas) Estas protenas perifricas pueden ser enzimas que catalizan reacciones qumicas Hay protenas integrales, atraviesan la membrana por completo (protenas transmembranales)
Composicin qumica (cont.)y y y y y y
Muchas protenas y algunos lpidos unidos a carbohidratos Carbohidratos fijos a protenas: glicoprotenas Carbohidratos fijos a lpidos: glicolpidos Ambos ayudan a proteger y lubricar la clula y participan en la interaccin clula-clula Glicoprotenas participan en enfermedades infecciosas: muchas son receptores usados por patgenos Hay movimiento de fosfolpidos y protenas
Las colas de cidos grasos forman una cortina muy estrecha, estrecha, y por ello, los fosfolpidos se unen ello, espontneamente como una bicapa en presencia de agua. agua. La membrana debe tener la viscosidad de un aceite de bajo grado, de forma que las protenas se grado, muevan libremente a travs de ella para cumplir su tarea, tarea, sin destruirla: destruirla: Modelo del mosaico fluido fluido
Estructura de la bicapa lipdica
Estructura de la membrana citoplasmtica
Grupos Hidrofbicos
Esteroles y hopanoidesy
y y y y y
Los esteroles se presentan en eucariontes; en algunos procariontes, p.e. en metanotrofas y micoplasmas. Son rgidos y planos Estabilizan la membrana pero la hacen ms rgida. Hopanoides parecen ser el equivalente de los esteroles. Ausente en arqueas. El diplopteno es el hopanoide ms comn (30 tomos de C)
Estructura de un esterol cualquiera
Regin hidrofbica
Colesterol
Diplopteno (hopanoide)
Membranas en Archaeay y y y y y
y
Son nicas En Bacteria y Eukarya, los enlaces STER unen glicerol y cidos grasos En Archaea, hay enlaces TER entre glicerol y cadenas laterales hidrofbicas. No hay cidos grasos, en su lugar hay cadenas laterales de ISOPRENO repetido. Diteres y tetrateres de glicerol: principales lpidos Si se unen 4 unidades de isopreno, se forma fitano, y ste enlazado covalentemente entre s en las molculas de un tetrater, forma UNA MONOCAPA LIPDICA en vez de una bicapa. Esto es lo que se observa en arqueas hipertermfilas.
Enlace tipo STER, distribuido entre los lpidos de los dominios Bacteria y Eukarya
ISOPRENO es un precursor de las cadenas laterales hidrofbicas (R) de los lpidos en el dominio Archaea CH3
Enlace tipo TER, distribuido entre los lpidos del dominio Archaea
H2C = C C = CH2 H
Lpidos y estructuras de membrana en Archaea
Funcin de la membrana plasmticay
Barrera de permeabilidadEvita la prdida de componentes citoplasmticos Evita la entrada descontrolada de materiales
y
Anclaje de protenas, p.e. enzimas o protenas de transporte de sustancias dentro y fuera de la clula.
Funciones de la membrana citoplasmticaSitio de produccin de energa. y Puede estar energticamente cargada (sus iones OH- e H+ estn separados) y Es una forma de energa potencial y Fuerza motriz de protones (protonmotive force)y
Problemay y y y
y y
La membrana tiene estructura hidrofbica y eso le ayuda a seleccionar materiales. Algunas molculas pequeas e hidrofbicas pueden pasar por difusin. Las molculas hidroflicas y cargadas no pueden atravesarla y requieren transporte especfico. El agua es lo suficientemente pequea para pasar, pero acelera su paso por protenas de transporte como las acuaporinas. AqpZ de E. coli. Las protenas de transporte no solo mueven sustancias a travs de la membrana: acumulan solutos en contra de gradiente.
Movimiento de materiales a travs de la membranay
Puede ser:Por procesos pasivosx Difusin simple: oxgeno x Difusin facilitada: usan protenas transportadoras o permeasas, para iones y otras. x smosis: movimiento de molculas solventes a travs de una membrana permeable, de un rea de alta concentracin de molculas solventes (baja concentracin de molculas de soluto) hacia un rea de baja concentracin de molculas solventes (alta concentracin de molculas de soluto). En clulas vivas el solvente por excelencia es el AGUA.
Por procesos activos: cuando la bacteria est en ambientes con baja concentracin de nutrientes, la clula debe usar procesos activos para acumular sustancias requeridas:x Transporte activo x Traslocacin de grupos
Procesos pasivos
Movimiento de materiales a travs de la membranaEl transporte es un fenmeno especfico y Las protenas transportadoras reaccionan solo con un tipo de molcula y Tipos de transporte:y
Los que involucran a una protena transmembranal Los que usan una prot. transmembranal + un componente periplsmico de unin Los que implican a toda una serie de protenasy
Todos requieren energa, en forma de fuerza motriz de protones, como ATP o en otra forma de alta energa
Sistemas de transporte de membrana
Transportadores transmembranales y tipos de transporte
Generalmente presentan 12 hlices tipo alfa Se pliegan hacia atrs y hacia adelante formando un canal El transporte se realiza por un cambio conformacional de la protena luego de su unin al sustrato
UNIPORTADOR
ANTIPORTADOR
SIMPORTADOR
Transportador simple: permeasasy y y y
y
Permeasas Lac de E. coli Incorporan lactosa por simportador permeasa Toma una molcula de lactosa junto a un protn Por cada lactosa ingresada, la energa de la fuerza motriz de protones baja por el flujo de protones al interior celular La fuerza motriz se estabiliza por las reacciones de produccin de energa gracias al uso de la lactosa internalizada
Traslocacin de grupoy
La sustancia transportada sufre modificacin qumica por su paso a travs de la membrana.Ejemplo: glucosa, manosa, fructosa, que son fosforilados
Usan el sistema de la fosfotransferasa y Es un sistema de protenas tanto citoplasmticas como membranales y Deriva su energa del PEPy
Sistema fosfotransferasa de E. coli
Transportador tipo ABC
Transporte mediante protenas periplsmicas: ABC periplsmicas: ATP-Binding Cassette TP-
Una protena de unin de alta afinidad en el periplasma fija a la sustancia a ser transportada y la lleva al transportador en la membrana. El transporte verdadero a travs de membrana es reforzado por la energa provista por el rompimiento del ATP por una protena hidroltica de ATP.
Transporte de protena al exteriory
y y
La mayora de los casos vistos se refiere a molculas pequeas Traslocasas Sistema SecSecYEG
Modelo de los estados cerrado y abierto del complejo SecYEG
Estructura del complejo SecYEG
EL GENFORO BACTERIANO EL NUCLEOIDE EL DNA BACTERIANO EL CROMOSOMA BACTERIANO
Genforoy y y y y y y y
Es el DNA bacteriano No est rodeado de envoltura nuclear Se diferencia porque su condensacin no es por cromatina, sino por superenrollamiento No hay histonas El DNA es circular. Algunas bacterias tienen DNA lineal EL DNA no est delimitado por una membrana Est situado en una regin llamada regin del nucleoide (tambin llamada nucleoplasma). Algunas bacterias (p.e. Vibrio cholerae) tienen ms de un cromosoma.
Pueden haber varios nucleoides cuando la clula est duplicando su material gentico, como es este cultivo de Bacillus obtenido del suelo de un invernadero.
El nucleoide puede presentar proyecciones, como en la microfotografa electrnica de un corte de E. coli con crecimiento activo y un modelo tambin en E.coli con dos nucleoides que muestra proyecciones que van hasta el citoplasma.
Microgarfa electrnica de E. coli que ilustra el borde irregular de la regin nucleoplsmica transparente y el contecto con el citoplasma (Dr. CL Woldringh)
Corte en que se muestra la regin no teida (blanco) representando el nucleoide bacteriano y la zona granular, que representa a los ribosomas
y
El nucleoide es:60% DNA 30% RNA 10% protenas
y
y
y
En E. coli, el DNA circular cerrado mide cerca de 1,400 m Es superenrollado con ayuda del RNA y algunas protenas Hay bacterias con membrana nuclear: Pirellula y Gemmata obscuriglobus
Nucleoide de E. coli, que muestra en el recuadro el superenrollamiento visible en la periferia del nucleoide disperso.
Clula de E. coli suavemente lisada que muestra la enorme longitud de su DNA en comparacin a su cuerpo.
Genes y protenasy y y y y y y
Por lo general, poseen una sola copia de cada gen: haploides E. coli tiene 4,6 x 106 pb Alrededor de 4,300 genes 500 13,000 genes 1,900 tipos diferentes de protenas en la clula 2,4 x 106 de molculas proteicas en total E. coli tiene mecanismos de control de la expresin gnica
Plsmidosy y y y y y y y
Cadenas de DNA generalmente doble y circular DNA extracromosmico Existen y se replican independientemente del cromosoma o pueden estar integrados a l. En cualquier caso pasan a la siguiente generacin. No se fijan a la membrana plasmtica. No se requieren para el crecimiento y reproduccin del hospedero. Pueden portar genes que le dan al hospedero una ventaja selectiva. En general, no llevan genes esenciales que ayuden a la supervivencia
RIBOSOMAS
RibosomasSitios de sntesis de protena y Los procariontes tienen decenas de miles en el citoplasma y Dos subunidades: cada una compuesta de protena y RNA ribosomal (RNAr) y Difieren de las clulas eucariticas pory
El nmero de protena El RNAr que contienen
Ms pequeos y menos densos que los eucariticos y Son llamados ribosomas 70Sy
Ribosomas procariticos (70S)
La subunidad 30S contiene una molcula de RNAr; la subunidad 50S contiene dos molculas de RNAr. S refiere a las unidades Svedberg, que indican la tasa de sedimentacin relativa durante la ultracentrifugacin de alta velocidad. La sedimentacin es funcin del tamao, peso y forma de la partcula. La estreptomicina y gentamicina se unen a la subunidad 30S e interfieren con la sntesis de protena. Eritromicina y cloramfenicol interfieren unindose a la subunidad 50S.
pared celular septo
fibrillas de protena
nucleoide
membrana plasmtica
ribosomas
Estreptoco del grupo A en proceso de divisin, mostrando entre otras estructuras, el nucleoide y el aspecto granular del citoplasma debido a los ribosomas
INCLUSIONES
Inclusionesy y y
y y
Depsitos de reserva Los procariontes acumulan nutrientes cuando sobran y los usan cuando escasean en el entorno. Las macromolculas concentradas evitan el aumento de la presin osmtica que se dara si las mismas estuvieran dispersas en el citoplasma Pueden servir como base para la identificacin Son:Grnulos metacromticos Grnulos polisacridos Inclusiones lipdicas Grnulos de azufre Carboxisomas Vacuolas de gas Magnetosomas
y
Grnulos metacromticosTien de rojo con tintes azules como el azul de metileno Volutina Polifosfatos=fosfato inorgnico para sntesis de ATP Se forma en clulas provenientes de ambientes ricos en fosfato Se encuentra en otros microorganismos: algas hongos y protozoarios Corynebacterium diphteriae
y
Grnulos polisacridosGlucgeno y almidn Se demuestra con iodo (glucgeno tie marrn rojizo y el almidn tie de azul)
Corynebacterium diphteriae con grnulos metacromticos rojos tpicos
y
Inclusiones lipdicasMycobacterium, Bacillus, Azotobacter, Spirillum nico en bacterias: cido poli--hidroxibutrico Se evidencia por tintes solubles en grasas, como Sudn III.
y
Grnulos de azufreThiobacillus Algunos m.o. obtienen energa oxidando azufre y compuestos azufrados. Reserva de energa
y
CarboxisomasInclusiones que contienen a la enzima ribulosa 1,5-difosfato carboxilasa Bacterias fotosintticas usan al CO2 como nica fuente de carbono Bacterias nitrificantes, cianobacterias, tiobacilos
Grnulos de PHB
Rhodovibrio sodomensis
Grnulos de azufre en Isochromatium buderi (Bacteria roja del azufre)
Carboxisomas en Anabaena viriabilis
RuBisCo de plantas y algas (izquierda) y de bacterias fotosintticas (derecha)
y
Vacuolas de gasCianobacterias Bacterias fotosintticas anoxignicas Halobacterias Cavidades vacas en el citoplasma bacteriano Cada vacuola consiste de filas de varias vesculas de gas individuales, cilindros rodeados de protena Mantienen la flotacin de forma que las bacterias mantienen una profundidad apropiada en el agua que les permita recibir las cantidades correctas de luz, oxgeno y nutrientes.
y
MagnetosomasInclusiones de xido de hierro Fe3O4 Gramnegativas: Magnetospirillum magnetotacticum Actan como magnetos In vitro descomponen el H2O2, que se forma en presencia de oxgeno
Vesculas de gas en clula congelada de Prosthecomicrobium pneumaticum(Micrografa por D. Branton y A. E. Walsby.) Magnificacin= x 210,000
Afloramiento de cianobacterias en aguas someras
Bandas azules en el agua producidas por ficocianinas producidas por cianobacterias en el lago Littoistenjrvi, Finlandia
Cocos magnetotcticos con magnetosomas Cadena de magnetosomas en Magnetospirillum magnetotacticum
Magnetosomas aislados de Magnetospirillum magnetotacticum
Magnetosomas de una bacteria cocoide magnetotctica. Se observa una membrana que rodea al magnetosoma. Esta membrana contiene lpidos y protenas, pero no en forma ordenada como una bicapa lipdica.
Algunas inclusiones bacterianasInclusiones citoplasmticas Glicgeno c. polibetahidroxibutrico (PHB) Polifosfato (grnulos de volutina) Dnde? Composicin Funcin Reserva de carbono y fuente de energa Muchas bacterias, p.e Reserva de carbono y fuente Hidroxibutirato polimerizado Pseudomonas de energa Reserva de fosfato; posible Muchas bacterias, p.e. Polmeros cilndricos o reserva de fosfato de alta Corynebacterium lineales PO4 energa Bacterias fototrficas Reserva de electrones prpuras y verdes del azufre (fuente reductora) en Azufre elemental y bacterias del azufre fottrofos; reserva de fuente litotrficas sin color de energa en littrofos Bacterias acuticas, Cascos proteicos o cubiertas Flotacin en la columna especialmente cianobacterias infladas con gases vertical de agua Bacilos formadores de Desconocida pero txica Protena esporas (gnero Bacillus) para ciertos insectos Magnetita (xido de hierro) Orientacin y migracin a lo Ciertas bacterias acuticas Fe3O4 largo de campos magnticos Enzimas para la fijacin Muchas bacterias auttrofas Sitio de fijacin de CO2 autotrfica de CO2 Cianobacterias Ficobiliprotenas Pigmentos captadores de luz Lpidos, protenas y Pigmentos captadores de luz Bacterias verdes bacterioclorofila y antena Muchas bacterias, p.e. E. Coli Poliglucosa
Glbulos de azufre
Vesculas de gas Cristales parasporales Magnetosomas Carboxisomas Ficobilisomas Clorosomas