BACTERIOLOGÍA:ESTRUCTURA BACTERIANA

CÁTEDRA DE INFECTOLOGÍAUNIVERSIDAD INTERNACIONAL SEK

1 - 2011

Características de las Células Procariontes

Procariotas Eucariotas

Genóforo Un solo cromosoma. Nucleoplasma Varios cromosomas.

ADN (cadena doble, circular cerrado covalentemente)

ADN cadena doble lineal, terminado en telómeros.

No existe membrana nuclear Existe membrana nuclear

No existen proteínas histonas Existen Proteínas Histonas

Replicación del material genético: no existe mitosis

Replicación del material genético: mitosis / meiosis

Organización del citoplasma Organización del citoplasma

  No presenta organelos de tipo eucarióticos

  Orgánelos (Mitocondrias, Retículo Endoplásmico, Aparato de Golgi, Lisosomas, etc)

  No presenta citosqueleto   Posee Citosqueleto.

  Ribosomas 70S   Ribosomas 80S

Composición Química Básica de las Células Procariontes

TIPO DE COMPONENTE PORCENTAJE SOBRE PESO SECO

Proteína 55.0

ARN 20.5

ADN 3.1

Lípidos 9.1

Lipopolisacárido (LPS, exclusivo procariota) 3.4

Peptidoglucano (PG, exclusivo procariota) 2.5

Glucógeno 2.5

Total macromoléculas: 96.1

Pequeñas moléculas orgánicas: 2.9

Iones inorgánicos: 1.0

Composición para la forma vegetativa de Escherichia coli, en medio de cultivo a base de glucosa y sales minerales, a 37ºC.

El contenido en agua de una célula vegetativa bacteriana típica es de un 70%, mucho menor que el de los eucariotas (aproximadamente el 90%).

Cápsula o capa mucilaginosa. Capa S paracristalina.Vaina Botones de anclaje Pared celular Protoplasto, que a su vez se compone de:

– membrana citoplásmica (que puede tener o no invaginaciones).– citoplasma, que incluye:

• genóforo, constituido por – un cromosoma – en algunas especies, uno o varios plásmidos (elementos genéticos

extracromosómicos) • ribosomas • inclusiones citoplasmáticas.

• Pueden existir, además, apéndices filamentosos: – Flagelos. – Fimbrias.

Estructura General de las Células Procariontes

MORFOLOGÍA CELULAR EN PROCARIONTES

Características de las Células ProcariontesCaracterísticas de las Células Procariontes

Diámetro 1Diámetro 1m por 0,2 – 3 -m por 0,2 – 3 -44m de largo.m de largo.

Citoplasma sin mitocondrias Citoplasma sin mitocondrias y retículo endoplásmico.y retículo endoplásmico.

Su envoltura es más Su envoltura es más compleja que una célula compleja que una célula eucarionte, pues posee una eucarionte, pues posee una pared celular y, pared celular y, ocasionalmente, una ocasionalmente, una cápsula. cápsula.

Clasificación de las Estructuras Bacterianas.Clasificación de las Estructuras Bacterianas.

Estructuras constantes:Estructuras constantes: Son Son esenciales para la vida de la esenciales para la vida de la bacteria. Corresponden a: bacteria. Corresponden a: citoplasma, cromosoide citoplasma, cromosoide bacteriano, membrana y pared bacteriano, membrana y pared celular.celular.

Estructuras accesorias:Estructuras accesorias: Corresponden a cápsula, Corresponden a cápsula, flagelos y fimbrias. Éstas no se flagelos y fimbrias. Éstas no se encuentran en todas las encuentran en todas las bacterias y no son bacterias y no son indispensables, sin embargo, le indispensables, sin embargo, le otorgan más ventajas otorgan más ventajas adaptativas para quienes las adaptativas para quienes las poseen.poseen.

Estructuras Constantes: CitoplasmaEstructuras Constantes: Citoplasma

El citoplasma bacteriano es un gel de alta presión El citoplasma bacteriano es un gel de alta presión osmótica. Al ME muestra un aspecto finamente osmótica. Al ME muestra un aspecto finamente granular.granular.

Al centro del citoplasma se localiza el material Al centro del citoplasma se localiza el material genético de la bacteria: nucleoide. Este material genético de la bacteria: nucleoide. Este material genético consiste: cromosoide único formado por DNA genético consiste: cromosoide único formado por DNA de doble hebra circular.de doble hebra circular.

En las bacterias típicas, como En las bacterias típicas, como Escherichia coli,Escherichia coli, tiene aproximadamente 4.800 kpb y extendido mide tiene aproximadamente 4.800 kpb y extendido mide 1 mm de longitud. 1 mm de longitud.

Estructuras Constantes: Membrana CitoplasmáticaEstructuras Constantes: Membrana Citoplasmática

También llamada membrana celular, es una fina También llamada membrana celular, es una fina membrana que protege el citoplasma (Singer – Nicholson).membrana que protege el citoplasma (Singer – Nicholson).

Constituye la principal barrera de permeabilidad Constituye la principal barrera de permeabilidad

celular, pero en las bacterias cumple numerosas otras celular, pero en las bacterias cumple numerosas otras importantes funciones:importantes funciones:

Contiene proteínas y otros componentes de la Contiene proteínas y otros componentes de la respiración celular y fosforilación oxidativa. respiración celular y fosforilación oxidativa.

Es un soporte para la síntesis y translocación de las Es un soporte para la síntesis y translocación de las macromoléculas externas que forman la pared celular macromoléculas externas que forman la pared celular y los exopolisacáridos.y los exopolisacáridos.

Corresponde al lugar de síntesis de enzimas y de Corresponde al lugar de síntesis de enzimas y de proteínas en general.proteínas en general.

Estructuras Constantes: Membrana CitoplasmáticaEstructuras Constantes: Membrana Citoplasmática

La membrana celular se pliega al interior La membrana celular se pliega al interior formando un saco membranoso denominado formando un saco membranoso denominado mesosoma, en al menos dos localizaciones. mesosoma, en al menos dos localizaciones.

Los mesosomas constituyen los sitios de Los mesosomas constituyen los sitios de anclaje del cromosoide bacteriano a la anclaje del cromosoide bacteriano a la membrana celular, participando en su membrana celular, participando en su separación luego de la replicación y en la separación luego de la replicación y en la formación de un septum que dividirá las formación de un septum que dividirá las células hijas.células hijas.

Estructuras Constantes: Pared CelularEstructuras Constantes: Pared Celular

La mayor parte de los procariotas posee una pared celular rígida rodeando al protoplasto. Las excepciones son micoplasmas (dentro del dominio Bacteria) y algunas arqueas, como Thermoplasma.

Al microscopio electrónico se puede observar como una capa en íntimo contacto con la membrana citoplásmica, con un espesor que oscila entre 10 y 80 nm (según especies) -frente a los 8 nm de la membrana celular- , y con una estructura más o menos compleja, según los tipos bacterianos.

La Pared Celular está representada por un esqueleto macromolecular rígido, llamado peptidoglucano (también llamado mucopéptido o mureína), que en Grampositivas se encuentra inmerso en una matriz aniónica de polímeros azucarados y en Gramnegativos se encuentra rodeada por una membrana externa e inmersa en un espacio periplásmico

EL PEPTIDOGLUCANO: COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA

En las bacterias Gram-positivas el peptidoglucano representa el componente mayoritario de la pared celular (50-80% en peso), mientras que en Gram-negativas supone sólo del 1 al 10%.

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA BÁSICAS DEL PEPTIDOGLUCANO

Está formado por repeticiones de una unidad disacarídica fundamental unida a su vez a un tetrapéptido. Distintas cadenas (formadas por el esqueleto de azúcares) se unen entre sí por determinados enlaces peptídicos entre tetrapétidos de cadenas diferentes.

La unidad disacarídica repetitiva: consiste en N-acetilglucosamina (NAG) unida por enlace ß(14) a N-acetilmurámico (NAM).

Este enlace es susceptible a la ruptura catalizada por la enzima lisozima. El número de repeticiones (n) puede oscilar entre 10 y 100.

La cadena tetrapeptídica: Desde el grupo carboxilo de cada ácido NAM, y mediante un enlace amida, se encuentra unido el tetrapéptido. Un tetrapéptido típico de muchas bacterias es: L-alanina---D-glutámico---meso-diaminopimélico---D-alanina.

Estructura de repetición del PGEstructura de repetición del PG

EL PEPTIDOGLUCANO DE BACTERIAS GRAM-POSITIVAS

Es más variado que el de bacterias Gram-negativas, sobre todo en función de ciertas variantes en la composición del tetrapéptido y del tipo de enlaces entre los tetrapéptidos.

Esta estructura confiere una serie de importantes propiedades:

1) Gran rigidez, que contrarresta las fuerzas osmóticas a que está sometido el protoplasto. Esta rigidez depende del grado de entrecruzamiento y del hecho de que el enlace ß(1 4) es muy compacto.

2) La estructura permite una notable flexibilidad. Esto colabora, junto con su rigidez, a soportar variaciones amplias de la tensión osmótica del protoplasto.

3) Condiciona la forma celular. Aunque la química del PG, por sí misma, no determina la forma, es su disposición espacial la responsable principal de esta forma.

Pared Celular Bacterias Pared Celular Bacterias GramnegativasGramnegativas

Pared Celular Bacterias Pared Celular Bacterias GrampositivasGrampositivas

       LA PARED DE BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS

La pared de las bacterias Gram-negativas es estructuralmente más compleja que la de Gram-positivas.

El peptidoglucano se encuentra inmerso en el espacio periplásmico, limitado entre la membrana citoplásmica y una membrana externa. La delgada capa de peptidoglucano no constituye más del 5-10% de la pared.

La membrana externa se trata de una estructura de bicapa lipídica exclusiva de las bacterias Gram-negativas. Consta de una doble capa de lípidos, junto con proteínas de matriz (estas últimas atravesando total o parcialmente la bicapa).

El lipopolisacárido (LPS) se trata de una macromolécula exclusiva de la lámina externa de la membrana externa de bacterias Gram-negativas, responsable de muchas de las propiedades biológicas de estas bacterias. Se le conoce también con el nombre de endotoxina (toxina termoestable, no difusible).

Lipopolisacárido (LPS): Lípido A; Región intermedia, llamada oligosacárido medular; Región distal (cadena lateral específica, polisacarídica) a base de repeticiones de unos pocos azúcares. Es de carácter hidrofílico y constituye el antígeno somático O de las bacterias Gram-negativas.

PAPELES Y FUNCIONES DEL LPS

1.   Papel estructural: El LPS es el componente esencial de la membrana externa.

2.  A su vez, la propiedad anterior hace que sea menos soluble a detergentes y más resistente a disolventes orgánicos.

3.  Es menos permeable a muchas moléculas hidrofóbicas, incluyendo antibióticos, debido a las largas cadenas laterales hidrofílicas.

4.  Se une a cationes divalentes (como Mg++ o Zn++), lo que contribuye a la mayor estabilidad de la membrana externa. La presencia de cationes suministra un ambiente adecuado para muchas funciones de la Pared Celular.

5. Estimula una serie de mecanismos defensivos del hospedador, incluyendo la activación del complemento, que puede ocasionar la lisis de la bacteria, mejora las propiedades de los fagocitos, etc.

6. El LPS, y concretamente las cadenas laterales constituyen el antígeno somático O. Esta porción condiciona la virulencia de las bacterias Gram-negativas patógenas.

7.  El LPS constituye la endotoxina de las bacterias Gram-negativas. La función como endotoxina se debe a la región del lípido A.

- pirogenicidad (inducción de fiebre)- hipotensión- en casos graves, shock letal, por fallo cardíaco- actividad necrótica de tejidos.

EL ESPACIO PERIPLÁSMICO

Entre la membrana externa y la membrana citoplásmica existe un compartimento acuoso bañando al peptidoglucano, denominado periplasma o espacio periplásmico.

El volumen de este compartimento puede llegar a representar un 20-40% del volumen celular total.

El contenido del periplasma (el “gel periplásmico”) incluye:

- RNasa y fosfatasa, que digieren moléculas que por sí mismas no pueden pasar al citoplasma.- Penicilinasa: degrada penicilina, evitando destrucción de

PG.- Proteínas de transporte de nutrientes (p. ej., de maltosa).- Proteínas de unión a estímulos químicos.- En bacterias desnitrificantes y quimiolitoautotrofas, existen proteínas implicadas en el transporte de electrones.

La mayoría de las bacterias Gram (+) y La mayoría de las bacterias Gram (+) y Gram (-) sintetiza una cubierta de naturaleza Gram (-) sintetiza una cubierta de naturaleza polisacárida que las rodea. polisacárida que las rodea.

Los exopolisacáridos son sintetizados en Los exopolisacáridos son sintetizados en la membrana citoplasmática, atraviesan la la membrana citoplasmática, atraviesan la pared celular y se establecen afuera. Se pared celular y se establecen afuera. Se clasifican de acuerdo a la relación con la clasifican de acuerdo a la relación con la superficie exterior de la bacteria y a su grado superficie exterior de la bacteria y a su grado de rigidez en de rigidez en cápsulascápsulas y y glicocálixglicocálix..

Estructuras Accesorias: ExopolisacáridosEstructuras Accesorias: Exopolisacáridos

ExopolisacáridosExopolisacáridos: Cápsula.: Cápsula.

Las cápsulas tienen una unión Las cápsulas tienen una unión firme a la bacteria, son rígidas y firme a la bacteria, son rígidas y excluyen partículas, entre ellas la excluyen partículas, entre ellas la tinta china. tinta china.

Su función es proteger a las Su función es proteger a las bacterias de la fagocitosis, bacterias de la fagocitosis, interfiriendo en la acción del interfiriendo en la acción del complemento. complemento.

Los polisacáridos capsulares son Los polisacáridos capsulares son antigénicos (Antígeno K). antigénicos (Antígeno K).

Exopolisacáridos: Glicocálix.Exopolisacáridos: Glicocálix.

El glicocálix es flexible, se une en El glicocálix es flexible, se une en forma laxa a las bacterias, forma laxa a las bacterias, perdiéndose fácilmente. Participa en la perdiéndose fácilmente. Participa en la formación de biopelículas. formación de biopelículas.

Esta forma de crecimiento bacteriano Esta forma de crecimiento bacteriano se caracteriza por la formación de se caracteriza por la formación de microcolonias rodeadas de glicocálix. microcolonias rodeadas de glicocálix.

Un ejemplo de importancia clínica es Un ejemplo de importancia clínica es la colonización de la colonización de Staphylococcus Staphylococcus epidermidisepidermidis en material protésico y en material protésico y catéteres. catéteres.

Los flagelos son apéndices filamentosos, Los flagelos son apéndices filamentosos, helicoidales, que se emplean en la helicoidales, que se emplean en la movilidad bacteriana. Las bacterias movilidad bacteriana. Las bacterias nadan rotando los flagelos, como una nadan rotando los flagelos, como una hélice. hélice.

Están presentes sólo en los bacilos. Están presentes sólo en los bacilos.

Los flagelos se observan al microscopio Los flagelos se observan al microscopio de luz, solamente si las bacterias se de luz, solamente si las bacterias se tiñen con tinciones que aumenten su tiñen con tinciones que aumenten su grosor. grosor.

Estructuras Accesorias: FlagelosEstructuras Accesorias: Flagelos

La posición de los flagelos puede ser:La posición de los flagelos puede ser:

Perítrica: rodeando toda la bacteria.Perítrica: rodeando toda la bacteria.Monótrica: si poseen un flagelo.Monótrica: si poseen un flagelo.Lofótrica: un haz de flagelos en un polo.Lofótrica: un haz de flagelos en un polo.Anfítricas: si poseen un haz de flagelos Anfítricas: si poseen un haz de flagelos en cada polo.en cada polo.

Los flagelos son muy buenos Los flagelos son muy buenos inmunógenos. Los antígenos flagelares inmunógenos. Los antígenos flagelares se denominan antígenos H.se denominan antígenos H.

Las bacterias móviles tienen una ventaja Las bacterias móviles tienen una ventaja adaptativa a su ambiente, porque adaptativa a su ambiente, porque regulan su desplazamiento, mediante regulan su desplazamiento, mediante quimiotaxis frente a diversas sustancias quimiotaxis frente a diversas sustancias nutritivas y repelentes.nutritivas y repelentes.

Estructuras Accesorias: FlagelosEstructuras Accesorias: Flagelos

Las fimbrias, también llamadas pili, son microfibrillas parecidas a Las fimbrias, también llamadas pili, son microfibrillas parecidas a pelos.pelos.

Rodean en número de 100-200 a algunas bacterias Gram (-). Rodean en número de 100-200 a algunas bacterias Gram (-). Miden 3-7µm de diámetro, por lo que se observan sólo al Miden 3-7µm de diámetro, por lo que se observan sólo al microscopio electrónico.microscopio electrónico.

Están constituidas por el ensamblaje de miles de monómeros de Están constituidas por el ensamblaje de miles de monómeros de un proteína estructural llamada pilina.un proteína estructural llamada pilina.

Son responsables de la adherencia específica de las bacterias a Son responsables de la adherencia específica de las bacterias a los tejidos del hospedero, explicando la especificidad de hospedero los tejidos del hospedero, explicando la especificidad de hospedero y de tejidos de las bacterias.y de tejidos de las bacterias.

Estructuras Accesorias: FimbriasEstructuras Accesorias: Fimbrias

Dos géneros de bacilos Gram (+): Dos géneros de bacilos Gram (+): BacillusBacillus y y ClostridiumClostridium pueden dar pueden dar origen a una forma de vida latente y origen a una forma de vida latente y resistente denominada endospora.resistente denominada endospora.

Estas estructuras se originan dentro Estas estructuras se originan dentro de la célula bacteriana vegetativa y se de la célula bacteriana vegetativa y se liberan por lisis celular. liberan por lisis celular.

Las endosporas son resistentes a Las endosporas son resistentes a condiciones ambientales condiciones ambientales desfavorables como calor, desecación desfavorables como calor, desecación y radiación ultravioleta, y radiación ultravioleta, permaneciendo viables en el ambiente permaneciendo viables en el ambiente por cientos de años. por cientos de años.

Estructuras Accesorias: EsporasEstructuras Accesorias: Esporas