1.- INTRODUCCIÓN 2.- ENVUELTAS CELULARES 2.1.- CÁPSULA 2.2.- PARED CELULAR 2.3.- MEMBRANA PLASMÁTICA Y SUS DIFERENCIACIONES 3.- CITOPLASMA 4.- APÉNDICES EXTERNOS 4.1.- FLAGELOS 4.2.- FIMBRIAS Y PELOS 4.3.- ENDOSPORAS 1.- INTRODUCCIÓN: Las células procariotas tienen la organización celular más sencilla, pero los representantes actuales, las bacterias son organismos altamente evolucionados, que a lo largo de millones de años, han generado una notable diversidad metabólica y una gran capacidad a diferentes ambientes. Las características más destacadas son. - Poseen una membrana única, rodeada por una pared celular de composición y naturaleza propia de estos organismos. - Carecen de membrana nuclear y de orgánulos membranosos - Tienen un reducido tamaño y solo forman organismos unicelulares - La mayoría tienen formas celulares características: cocos, bacilos, espirilos, vibrios, que se agrupan formando streptococos, estafilococos,… 2.- ENVUELTAS CELULARES 2.1.- CÁPSULA Es la envuelta más externa que presentan algunas bacterias. Formada por un material mucoso, podemos decir que químicamente está compuesta de polisacáridos, polipéptidos o complejos de polisacáridos y proteínas. La capacidad de producir cápsula es hereditaria y aunque no es un componente esencial tiene un valor de supervivencia, pues sirve de protección frente a la desecación, la fagocitosis, la infección de un bacteriófago y la acción de los anticuerpos, por eso en las enfermedades bacterianas, las formas encapsuladas son más patógenas. Esta capa mucosa regula, también, los procesos de intercambio de agua,( situaciones de desecación) iones y sustancias nutritivas. Permite además la adherencia sobre distintas superficies y en las patógenas facilitan su fijación a las células del tejido hospedador. 2.2.- PARED CELULAR La pared bacteriana es una capa rígida y porosa que envuelve a la membrana plasmática y confiere a la célula rigidez y forma, a la vez que le permite soportar una elevada presión osmótica. La pared de la mayoría de las bacterias, las Eubacterias (verdaderas bacterias), es de naturaleza mureínica, el componente principal es el péptido-glicano ( un polímero de aminoazúcares y aminoácidos). Sin embargo, las arqueobacterias ( un grupo de bacterias peculiar) presentan paredes de naturaleza más variable. El pétido-glicano o mureína consta de tres unidades repetitivas: - Un disacárido de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico. - Un tetrapéptido formado por cuatro aminoácidos: L-Ala--D-Glu--L-Lis--DAla - Un puente peptídico formado por cinco moléculas de glicina. El disacárido alterna formando una cadena lineal polisacarídica. El tetrapéptido se enlaza al N-acetilmurámico y el puente peptídico enlaza entrecruzadamente a dos tetrapéptidos de dos cadenas de polisacáridos diferentes. Según la distinta composición química de la pared bacteriana, las bacterias reaccionan de manera diferente al ser tratadas con la tinción de Gram, distinguiéndose dos grupos: las bacterias Gram positivas (Gram+) y las bacterias Gram negativas (Gram-). La tinción de Gram es un método de tinción diferencial que utiliza un colorante fundamental, el cristal de violeta y un colorante de contraste, la safranina (rosa). Las células grampositivas, se observan de color violeta, las gramnegativas, incapaces de retener el colorante se observan de color rosa. Las bacterias Gram positivas presentan una pared gruesa, muy rígida y amorfa, compuesta en un 90% por el péptidoglicano, a cuya estructura reticular (como la de una tela de saco) se unen proteinas, polisacaridos y ácidos teicoicos (los acidos teicoicos son polimeros complejos derivados de aminoácidos, monosacáridos y alcoholes como la glicerina). Contienen muy pocos lipidos. Las bacterias Gram negativas, presentan una pared estratificada, más compleja. La capa de peptidoglucano (alrededor de un 10 % de peptidoglucano) es más delgada y, por fuera de ella, se hallan complejas moléculas de proteínas, lipoproteínas, lipopolisacaridos y fosfolipidos, formando una segunda capa, a modo de “membrana externa” que da una consistencia menos rígida, siendo una pared más fina. Esta bicapa lipídica externa contiene una proteína transmembranal llamada porina que permite cierta permeabilidad. Esta capa protege a estas bacterias de la acción de la enzima lisozima. Resumiendo podemos decir que las funciones de la pared bacteriana son: - Mantiene la forma de la célula y les protege de la lisis osmótica Posee componentes con capacidad antigénica Regula el intercambio con el exterior. Gram + Gram - 2.3.- MEMBRANA PLASMÁTICA Las membranas de la mayoría de las bacterias (eubacterias) es similar a eucariotas. Tienen la estructura típica de membrana unitaria, compuesta un 45% lípidos y 55% proteínas, y responde al modelo de mosaico fluido. Estas membranas carecen de colesterol. Son estructuras asimétricas respecto a la distribución de sus componentes químicos: lípidos, proteínas y glúcidos. Está formada por dos tipos de lípidos: fosfolípidos y glucolípidos. Recordamos que los fosfolípidos , debido a su carácter anfipático, se disponen formando la bicapa, con las colas apolares enfrentadas y las cabezas polares en contacto con el medio acuoso. Las proteínas se encuentran atravesando la bicapa de lípidos (proteínas transmembranosas) y otras dispuestas hacia la cara citosólica o hacia el exterior de la membrana (proteínas periféricas); las proteínas confieren a la membrana funciones específicas y, al igual que los lípidos presentan cierta movilidad en la membrana proporcionándole cierta fluidez. La principal función de la membrana es actuar como barrera con permeabilidad selectiva, controlando el intercambio de sustancias. Las membranas de las arqueobacterias (bacterias más antiguas que viven en ambientes extremos como en agua a muy alta temperatura donde ninguna otra célula podría sobrevivir y presentan diferencias importantes con el resto de bacterias llamadas eubacterias, “eu” significa verdadero, de ahí viene eubacteria que son las bacterias más comunes pues las arqueobacterias son más “raras”) contienen unidades de isopreno unidas a la glicerina en lugar de ácidos grasos, siendo más rígidas y resistentes que las de eubacterias, incluso algunas arqueobacterias unen las cadenas hidrófobas de uno y otro lado de la membrana formando una monocapa que le confiere todavía más resistencia y le permite soportar altas temperaturas. Al microscopio electrónico se observa en la membrana una serie de invaginaciones dispuestas como laminillas, túbulos o vesículas, que aumentan la superficie de la misma y realizan funciones diversas ya que contienen sistemas enzimáticos. Se supone que sirven para compensar la ausencia de orgánulos membranosos. Parece ser que: - En los procariotas fotosintéticos, contienen los pigmentos y enzimas de la fotosíntesis, formando un amplio sistema interno de membranas. - Muchas bacterias nitrificantes tiene membranas internas que intervienen en la oxidación de los compuestos inorgánicos. - Unas estructuras membranosas especiales, llamadas mesosomas, están relacionadas con el ADN bacteriano y se cree que intervienen en su duplicación ( contienen ADN polimerasa) y en la división de la bacteria. Las enzimas relacionadas con la respiración celular (cadena respiratoria) se localizan también en estas estructuras. (En la actualidad algunos autores creen que los mesosomas son artefactos generados durante el proceso de preparación de las muestras para observarlas al microscopio), La ausencia de orgánulos membranosos explica las numerosas funciones de la membrana plasmática: regula el intercambio de sustancias con el medio, actúa como barrera osmótica, en ella se realiza la respiración celular y la síntesis de ATP; es el punto de anclaje para los flagelos, interviene en la duplicación del ADN, en la fotosíntesis y en la fijación del nitrógeno en las bacterias capaces de realizar dichas funciones; además es importante en el crecimiento y regeneración de la membrana plasmáticas 3.- CITOPLASMA El citoplasma posee dos regiones bien diferenciadas: una en donde se halla el material genético, denominado nucleoide o cromosoma bacteriano, y el citoplasma restante, de aspecto homogéneo, formado por un citosol o hialoplasma que es una disolución gelatinosa con gran cantidad de agua y proteínas, (protoplasma) y por un morfoplasma constituido por estructuras citoplasmáticas: ribosomas, inclusiones, vesículas y plásmidos. Morfoplasma: - Los ribosomas son orgánulos sin membrana cuya función es la síntesis de proteínas, son ribosomas 70S de menor tamaño que los ribosomas 80S de los eucariotas - Inclusiones y gránulos de reserva de diferente naturaleza y función: a. Gránulos de glucógeno: reserva de glucosa b. Gránulos de polifosfato: reserva de fosfato inorgánico c. Gotias lipídicas: donde se almacena energía y carbono en forma de lípidos d. Vesículas de gas: importantes en la flotación de los organismos acuáticos - Además de los plásmidos pequeñas moléculas de ADN circular extracromosómico que se replican independientemente del cromosoma bacteriano, aunque hay algunos plásmidos que pueden integrarse en el cromosoma de la bacteria (episomas) y por tanto, se replican junto a él. No son esenciales para la célula, pero se aportan unas características genéticas adicionales, como la resistencia a los antibióticos o a sustancias tóxicas. Algunos de estos plásmidos están implicados en los mecanismos parasexuales. Región nuclear o nucleoide: Es la zona que contiene el material genético (ADN) de la célula. Este está formado por: Un único cromosoma: una molécula de ADN bicatenaria, circular y extraordinariamente plegada. No se observan ni histonas ni unidades de tipo nucleosoma. 4.- APÉNDICES EXTERNOS 4.1.- FLAGELOS: Son los órganos de locomoción, cuyo número y disposición varía de unas bacterias a otras. Son largos y finos de mayor longitud que la bacteria. Se presentan en número y disposición variable. Según su número se clasifican : monotrica( un flagelo) y politrica (varios flagelos). Según el modo en que estén implantados: polar ( flagelos en posición apical), peritrica ( se disponen por toda la superficie celular). 1. Polar monotrica 2. Polar lofotrica 3. Polar anfitrica 4. Lateral umbilica 5. Peritrica Se encuentra unidos a la célula por un extremo y libres por el otro. Al microscopio electrónico se observa que están constituidos por un: - Un filamento rígido y curvado , formado por una proteína, la flagelina, con disposición helicoidal.No está rodeado de membrana celular como el de las eucariotas. Un codo o gancho , que une el filamento a la superficie celular. El corpúsculo basal: formado por varios anillos discoidales ( dos en las bacterias Gram positivas y cuatro en las Gram negativas, en estas últimas , dos de los anillos se sitúan a nivel de la membrana y los otros dos a nivel de la pared) Un eje o varilla que atraviesa los anillos por su centro. Al menos uno de los anillos (anillo M o motor) tiene capacidad de giro y transmite el movimiento rotatorio a todo el flagelo. 4.2.- FIMBRIAS Y PELOS LAS FIMBRIAS Son apéndices proteínicos, presentes en muchas bacterias, más delgadas y cortas que un flagelo. Corresponden a evaginaciones de la membrana citoplasmática que asoman al exterior a través de los poros de la pared celular. Una bacteria puede tener del orden 1.000 fimbrias (visibles AL M.E). Las fimbrias pueden estar repartidas uniformemente por toda la superficie de la célula o estar situadas en los polos. ü Están implantadas a nivel de membrana plasmática. ü Número variable: desde 1 a varios cientos o miles por células. ü Disposición: alrededor de todo el perímetro celular y a veces de inserción polar. Un tipo especial de fimbrias son las fimbrias adhesivas (G+ y G-) responsables de: a) Formar microcolonias y velos (los velos son películas formadas por acúmulos de bacterias en medios estáticos en reposo) b) De la adhesión a superficies inertes c) De la adhesión superficies vivas. En el caso de bacterias patógenas, esta capacidad tiene que ver con su virulencia, y la capacidad de invadir un tejido. Las bacterias mutantes que carecen de fimbrias pierden la capacidad de adhesión y, por lo tanto, no pueden provocar infecciones. Algunos fimbrias puede contener lecitinas, las cuales son necesarias para adherirse a las células destino puesto que pueden reconocer las unidades de oligosacáridos presentes en la superficie de estas células. Funciones: a) Utilizadas por las bacterias para adherirse a las superficies, unas a otras, o a las células animales. b) Necesarias para la colonización durante el proceso de infección o para iniciar la formación de una biopelícula Tienen importancia médica porque algunas fimbrias intervienen en la unión de bacterias a las células a través de las adhesinas (proteínas bacterianas) PILI (PELO) Similares a las fimbrias, los pili son de naturaleza proteica pero más largos y existen unos pocos sobre la superficie de las células. Aparecen sobre todo en las bacterias G(-). Composición: ensamblaje de subunidades de pilina (proteína globular muy hidrófoba). Un tipo especial son los pelos sexuales, más largos y más gruesos. Aparecen en menor número y su función es la de permitir los contactos iniciales en la conjugación, como órgano de reconocimiento entre la bacteria donadora, dotada del pelo sexual, y la receptora, carente de él. Hay dos clases principales de pelos sexuales: los de tipo F y los de tipo I, cada uno con un tipo de proteína distinta (genéricamente conocida como pilina sexual). Son usados como receptores específicos por parte de algunos fagos. Funciones a) b) c) d) e) Funcionan como receptores específicos para algunos tipos de virus` Participan en el proceso de conjugación Contribuyen a la fijación de algunas bacterias patógenas a los tejidos humanos Fijación de sustrato Intercambio de moléculas DIFERENCIA ENTRE FIMBRIAS Y PILI Fimbria se suele reservar para los pelos cortos que utilizan las bacterias para adherirse a las superficies, en tanto que pilus suele referir a los pelos ligeramente más largos que se utilizan en la conjugación bacteriana para transferir material genético desde la célula donadora hasta la receptora y a veces en el desplazamiento. 5.- ENDOSPORAS Son esporas que se forman en el interior de la célula, cuando esta se encuentra en condiciones ambientales desfavorables. Constituyen formas resistentes que presentan el ADN de la bacteria y algo de citoplasma rodeados por una pared muy gruesa. Su metabolismo queda reducido al mínimo y son capaces de soportar condiciones extremas de sequedad, altas temperaturas de hasta 80ºC y la acción de agentes químicos y de radiacciones. TABLA 4-1. Comparación de algunas características de bacterias grampositivas y gram-negativas. Carácteristicas Gram-positivas Gran-negativas Tinción de Gram Retienen el cristal violeta y se tiñen de morado Se decoloran y toman el colorante de contraste (safranina), tiñéndose de rosa. Capa de péptido glucano Gruesa (varias capas) Delgada (una capa). Contenido en lipopolisacáridos (LPS) Virtualmente ninguna Alta Contenido en lípidos y lipoproteína Bajo (las bacterias ácidoalcohol resistentes tienen lípidos unidos al péptido glucano) Alto (debido a la presencia de membrana externa). Acidos teicoicos Presentes en muchas de ellas Ausentes. Espacio periplásmico Ausente Presente. Membrana externa Ausente Presente. Estructura de los flagelos 2 anillos en el cuerpo basal 4 anillos en el cuerpo basal. Producción de toxinas Principalmente exotoxinas Principalmente endotoxinas. Resistencia a la rotura física Alta Baja. Sensibilidad de la pared celular a la lisozima Altá Baja (requiere un tratamiento previo para desestabilizar la membrana externa). Marcada Mucho menos marcada. Sensibilidad a penicilina y sulfamidas Sensibilidad a estreptomicina, Mucho menos marcada Marcada. cloranfenicol y tetraciclinas Inhibición por colorantes básicos Marcada Mucho menos marcada. Sensibilidad a detergentes aniónicos Marcada Mucho menos marcada. Resistencia a la azida sódica Marcada Mucho menos marcada Resistencia a la desecación Alta Baja.