La Celula Bacteriana
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Universidad Arturo Prat
Departamento Ciencias del Mar Laboratorio de Microbiología
GENMOL-UADP
Rubén Moraga M, MSc.
WEB PAGE FOR DR. KAISER'S MICROBIOLOGY COURSE (BIOL 230) THE COMMUNITY COLLEGE OF BALTIMORE COUNTY, CATONSVILLE CAMPUS.Copyright ゥ 1995-2005 Gary E. Kaiser All Rights Reserved Updated: Feb. 27, 2006
Definición de microbiología
• Ciencia que estudia los seres vivos que no se pueden ver a simple vista (del griego micros: pequeño, bios: vida)
• Definición implica que su objeto de estudio está determinado por la metodología:–Microscopio–Técnicas de cultivo puro en laboratorio–etc
Célula bacteriana o
procariota (del griego “núcleo
primordial”)
Las bacterias se diferencian por su
morfologia (dimensión, forma y
caracteristicas tintoriales) y
caracteristicas metabólicas,
antigénicas y genéticas
Microorganismos
Microorganismos
Cocacea
da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. PfallerMicrobiologiaEDISES
Streptococcus pneumoniae Staphylococcus aureus
Neisseria gonorrhoeae
Neisseria meningitidis
Streptococcus pyogenes
Bacilo
da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. PfallerMicrobiologiaEDISES
Bacilo
EnterobacteriaceaeEnterobacteriaceae: Escherichia coli, Salmonella, Shigella, Yersinia pestis
Legionella pneumophilae
Haemophilus influenzae
Clostridium tetani, Clostridium botulinum e Clostridium perfrigens
Bacillus anthracis
Mycobacterium tuberculosis,
M. leprae, M. bovis e M. avium complex
bacilo aerobio, immovil de aspecto largo y
filamentoso
Espiraliforme
da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. PfallerMicrobiologiaEDISES
Vibrio cholerae
Leptospira
INFECTIONS:Causes leptospirosis. Transmitted by the urine and blood
of infected rodents, Leptospira usually enters via cuts or contact with
mucous membranes. It may eventually enter the lymphatics and blood
and be carried to the liver.
Spirochaetales
Treponema pallidum = sifilis
Papel de los microorganismos en las
enfermedades infecciosas
• Pasteur es llamado a Provenza para resolver una enfermedad del gusano de seda (pebrina)
• En 1869 identifica al protozoo Nosema bombycis como el responsable
• Davaine (1863-1868): la sangre de ganado afectado por carbunco contiene grandes cantidades de microorganismos
Papel de los microorganismos en las
enfermedades infecciosas
• Koch (1876): con su técnica de cultivo puro aísla y propaga experimentalmente por primera vez una bacteria patógena (la responsable del carbunco o ántrax)
• Primeras microfotografías de Bacillus anthtracis teñido con azul de metileno
• Confirma que esta bacteria presenta una fase resistente (endosporas)
• La enfermedad se puede reproducir experimentalmente al reinocular bacilos a animales de laboratorio
Bacteria Patógenam.o. capaz de
causar enfermedades en
circunstancias apropiadas
Postulados de Koch
•m.o. debe estar presente en todos los casos de una enfermedad infecciosa
•el m.o. debe ser aislado de muestras de pacientes enfermos
•la inoculación del aislado en animales sanos produce la enfermedad
•el m.o. debe ser recuperado de muestras obtenidas de animales infectados experimentalmente
La escuela de Koch aísla numerosos
agentes patógenos• Cólera (1883)• Difteria (1884)• Tétanos (1885)• Neumonía (1886)• Meningitis (1887)• Peste (1894)• Sífilis (1905)
Robert Koch
Características generales de la célula procariota
Características de las células eucariota y
procariota
• Genóforo (procariotas)– Un solo cromosoma– ADN c.d. C.C.C.
– No membrana nuclear– No histonas
• Nucleoplasma (eucariotas)– Varios cromosomas– ADN c.d. lineal,
terminado el telómeros– Existe membrana nuclear– Histonas unidas al ADN
(cromatina)
Diferencias entre procariotas y eucariotas
ProcarioProcariotata
EucariotEucariotaa
• Replicación material genético:– No mitosis
• Org. citoplasma: No orgánulos de
tipo eucarióticos No citoesqueleto Ribosomas 70S
• Replicación material genético:−mitosis
• Org. citoplasma: Orgánulos (RE,
mitocondrias, cloroplastos, Golgi)
Citoesqueleto Ribosomas 80S
• Membrana citoplasmática:– No contiene colesterol
• Reproducción: Asexuada
• Respiración:− Mediante la membrana
citoplasmática
• Membrana citoplasmática:– Contiene colesterol
• Reproducción: Sexuada
• Respiración:− Mediante la mitocondria
Composición química básica
• >95% de macromoléculas• La mitad de las macromoléculas son
proteínas• Proporción de ARN superior a eucariotas• En bacterias, macromoléculas exclusivas
que no existen en eucariotas:– Peptidoglucano– Lipopolisacárido (en Gram-negativas)
Citoplasma
• El 80% esta constituido por agua
• El citosol contiene ácidos nucleicos (DNA, RNA), enzimas, amminoacidos, carbohidratos, lípidos, iones orgánicos y numerosos compuestos proteicos que representan inclusiones citoplasmaticas
Aspecto del citoplasma de un bacilo
Mesosoma
Nucleoide
Gránulo de reserva
La mayor parte del citoplasma presenta aspecto granular, por los ribosomas
Sintesis proteica
Ribosoma, presente en
aproximadamente 15.000, esta
compuesto por dos subunidades formando un complejo 70S
Ribosoma, presente en
aproximadamente 15.000, esta
compuesto por dos subunidades formando un complejo 70S
WEB PAGE FOR DR. KAISER'S MICROBIOLOGY COURSE (BIOL 230) THE COMMUNITY COLLEGE OF BALTIMORE COUNTY, CATONSVILLE CAMPUS. Copyright ゥ1995-2005 Gary E. Kaiser All Rights Reserved Updated: Feb. 27, 2006
Colesterol ausente, sustituido por terpenoides con la función de estabilizar el compartimento
Colesterol ausente, sustituido por terpenoides con la función de estabilizar el compartimento
Membrana celular
Función de la Membrana Citoplasmática
MESOSOMA, porción de la membrana
citoplasmatica que se invagina, punto de
anclaje y duplicación del DNA
MESOSOMA, porción de la membrana
citoplasmatica que se invagina, punto de
anclaje y duplicación del DNA
Pared Celular
Membrana Celular
Citoplasma
La pared celular esta por fuera de la membrana celular, es rígida y protege a la célula de la lisis osmótica
La pared celular esta por fuera de la membrana celular, es rígida y protege a la célula de la lisis osmótica
Pared Celular
Pared Celular de los Procariotas • La célula procariota debe soportar una alta presión
interna, debido a la alta concentración de solutos
• La presencia de una pared celular les permite soportar esta presión, además es responsable de la forma y rigidez de la célula
• Mediante una tinción diferencial las bacterias se dividen en bacterias Gram positivas y en bacterias Gram negativas
• Existen diferencias estructurales que sustentan esta clasificación
• La pared celular de las Gram positivas esta formada fundamentalmente por un tipo de molécula y es mucho más ancha
• La pared celular de las Gram negativas esta compuesta por varias capas y es bastante compleja
Peptidoglucano: composición química
• Distintas cadenas de PG se unen entre sí por determinados enlaces peptídicos entre tetrapéptidos de cadenas diferentes
• Repeticiones (n=10-100) de una unidad disacarídica, unida a su vez a un tetrapéptido
Peptidoglucano: composición química
• La unidad disacarídica que se repite es:– N-acetilglucosamina (NAG)...– ...unida por enlace β(14) con...– ... N-acetilmurámico (NAM)
• Las distintas unidades disacarídicas se unen entre sí mediante enlaces β(1-4)– Este enlace puede ser roto por la lisozima
(producto de granulocitos,macrofagos y PMN)• La cadena tetrapeptídica sale desde el grupo –
COOH del lactilo de cada NAM y suele ser:– L-ala D-glu m-DAP D-ala
El PG de bacterias Gram-negativas
• Normalmente:– 1 o unas pocas capas de PG.– Las distintas cadenas se unen por enlaces
peptídicos directos entre el grupo ε-NH2 del m-DAP (3) de una cadena con el –COOH de la D-ala (4) de otra cadena
– Malla floja con grandes “poros”: 50% NAM carece de tetrapéptidos
• En espiroquetas, el diaminoácido en posición nº3 es la L-ornitina (en lugar de m-DAP)
Estructura global del PG de bacterias Gram-
positivas• Múltiples capas de PG (distintos niveles,
hasta 50 en especies de Bacillus)• Entrecruzamientos entre cadenas del mismo
nivel y entre un nivel y el inmediato superior o inferior
• La mayoría de NAM tienen tetrapéptidos• La mayoría de tetrapéptidos participan en
enlaces• Consecuencia: red tridimensional gruesa,
con poros pequeños, más compacta que Gram-
Relaciones estructura-función en el peptidoglucano
• Gran rigidez aguanta las fuerzas osmóticas del protoplasto (5-15 atm). Rigidez viene de:– El grado de entrecruzamiento– El enlace β(14) es muy compacto. La
alternancia de NAM y NAG uno de los polisacáridos más estables que existen
– La alternancia de aa en L y en D estabilidad adicional (cadenas laterales al mismo lado, ptes H)
• Al mismo tiempo, gran flexibilidad soporta variaciones de presión osmótica protoplasto
• Condiciona la forma celular
PEPTIDOGLICANO
Esencial para la estructura, forma, replicación y sobrevivencia.
En la infección interfierce con la fagocitosis, actua como
mitogeno para los linfocitos, posee actividad pirogena. Es
degradado por la lisozima presente en la lagrima y mucus
PEPTIDOGLICANO
Esencial para la estructura, forma, replicación y sobrevivencia.
En la infección interfierce con la fagocitosis, actua como
mitogeno para los linfocitos, posee actividad pirogena. Es
degradado por la lisozima presente en la lagrima y mucus
Las PBP son el blanco de las Penicilinas y de los antibióticos
-lactamicos
Las transpeptidasas y carboxipeptidasas catalizan las reacciones de transpeptidación
Las bacterias resistentes a la penicilina modifican la estrustucura de las PBP
Las transpeptidasas y carboxipeptidasas catalizan las reacciones de transpeptidación
Las bacterias resistentes a la penicilina modifican la estrustucura de las PBP
VancomicinaInteracciona con la D-alanina-D-alanina terminal de la cadena lateral y el penta-peptido interfiriendo con la formación del puente
Activa contra stafilococcus oxacillina-resistente y contra gram+ resistente a los beta lactamicos.
Inactivo contra gram-: molécula grande que no atraviesa la membrana externa de los gram-
Interacciona con la D-alanina-D-alanina terminal de la cadena lateral y el penta-peptido interfiriendo con la formación del puente
Activa contra stafilococcus oxacillina-resistente y contra gram+ resistente a los beta lactamicos.
Inactivo contra gram-: molécula grande que no atraviesa la membrana externa de los gram-
La pared celular de las bacterias Gram-
• Estructuralmente más compleja que Gram-positivas (ver micrografía electr.):– El delgado peptidoglucano está
inmerso en un compartimento llamado ...
– ... espacio periplásmico (lleno con el gel periplásmico), el cual a su vez limita con ...
– ... la membrana externa
PG
Espacio periplásmico
Membrana externa
PORINAS: proteínas que permiten el paso de moléculas pequeñas a través de la membrana - específicas e inespecíficas
PORINAS: proteínas que permiten el paso de moléculas pequeñas a través de la membrana - específicas e inespecíficas
ESPACIO PERIPLASMICO: área con enzimas hidroliticas para la digestión
enzimatica (proteasas, lipasas, fosfatasas) y de factores de virulencia (colagenasas, beta-lactamasas, hialuronidasa). Proteinas
de transporte
ESPACIO PERIPLASMICO: área con enzimas hidroliticas para la digestión
enzimatica (proteasas, lipasas, fosfatasas) y de factores de virulencia (colagenasas, beta-lactamasas, hialuronidasa). Proteinas
de transporte
MEMBRANA EXTERNA estructura bilaminar,
asimetrica
MEMBRANA EXTERNA estructura bilaminar,
asimetrica
LIPOPROTEINA DE BROWN: Se une en forma covalente al peptidoglicano y se ancla a la membrana externa
LIPOPROTEINA DE BROWN: Se une en forma covalente al peptidoglicano y se ancla a la membrana externa
La membrana externa de bacterias Gram-negativas
• Bicapa proteolípídica muy asimética:– En la lámina externa:
• 60% de proteínas• 40% de lipopolisacárido (exclusivo de
Gram-)
– En la lámina interna:• No hay lipopolisacárido• Existen
– Fosfolípidos– Lipoproteínas– Otras proteínas
Composición del lipopolisacárido (LPS)
• Región proximal:Lípido A (hidrófobo)
• Región intermedia: oligosacárido medular
• Región distal: cadena lateral específica, polisacarídica (hidrófila): Antígeno somático “O” de bacterias Gram-negativas
Glucosamina-ß(16)-glucosamina, con –OH en 1 sustituido con –P-etanolamina
A.G. saturados (C-14): beta-hidroximirístico
Núcleo internoNúcleo externoUnidad repetitiva de la cadena lateral
El lipopolisacárido
Papeles y funciones del LPS (1)
• Papel estructural: Carácter masivo lípido A– Menor fluidez de esta membran– Más resistente a detergentes y solventes
• Las cadenas laterales – menos permeable a moléculas hidrofóbicas (Ej.:
resisten mejor muchos antibióticos)– Antígeno somático “O” bacterias Gram-negativas– Condiciona virulencia en bacterias patógenas
• Se une a cationes Mg, Zn– Si añadimos agente quelante, como EDTA
desorganización de la membrana externa
Papeles y funciones del LPS (2)
• Región del lípido A: endotoxina– Papel positivo:
• El macrófago reconoce el LPS, y libera citoquinas activa el sistema inmune
– Papel negativo:• A veces, el sistema inmune se activa “en
exceso” por el LPS, dando síntomas patológicos
– Inducción de fiebre (pirogenicidad)– Hipotensión, a veces con fallo cardiaco– Actividad necrótica en tejidos
Proteínas de la membrana externa
• Porinas: forman trímeros, con canales interiores que atraviesan la membrana externa– Solo dejan pasar moléculas por debajo de
cierto tamaño (<500-700 Da)– En enterobacterias: protección frente a sales
biliares
• Canales específicos:– Para vitamina B12– Para quelatos de F– Para ciertos nutrientes
Papeles y funciones de la membrana externa (2)
• Condiciona propiedades de superficie:– Grado de humedad– Adhesividad– Carga eléctrica
• Lugar donde se fijan las proteínas del sistema defensivo Complemento del hospedador
• Lugares de adsorción de ciertos fagos
El espacio periplásmico (periplasma)
• Compartimento acuoso, relleno del gel periplásmico:– RNasas y fosfatasas– Proteínas de transporte de ciertos
nutrientes– Proteínas de unión a señales químicas– En desnitrificantes y quimiolitoautotrofas:
proteínas de transporte de electrones
• Función de osmorregulación
• El PG de Gram-positivas está inmerso en una matriz aniónica (hasta 50%) de:– Ácidos teicoicos: polímeros (n<30) de
ribitol-P o glicerol-P, con –OH sustituidos por –H, azúcares, aminoazúcares o D-ala
– Ácidos teicurónicos (en ausencia de P): copolímeros de urónicos y aminoazúcares
– Ácidos lipoteicoicos: glicerol-teicoicos unidos a la membr. citopl. Sus extremos quedan expuestos hacia el exterior
La matriz de la pared celular de las Gram-
positivas
Ácidos teicoicos
• Polisacárido unido a la pared celular, el termino incluye a toda la pared, membrana o polímeros capsulares que contienen glicerolfosfato o residuos de fosfato de ribitol
Polimero de ribosa, son antigenos de superficie, caracterizan y serotipifican, promueven la adhesión (proteina M de S.
pyogenes ). El ác. teicoico es un factor de virulencia. Tiene una actividad endotoxica
Polimero de ribosa, son antigenos de superficie, caracterizan y serotipifican, promueven la adhesión (proteina M de S.
pyogenes ). El ác. teicoico es un factor de virulencia. Tiene una actividad endotoxica
Pared de las bacterias ácido-alcohol resistentes
(AAR)• Pared especial de ciertas Gram-
positivas: Nocardia, Mycobacterium• Resisten la decoloración con
clorhídrico-etanol ( ácido-alcohol resistentes)
• Esta propiedad deriva de:– Ácidos micólicos– Glucolípidos– Ceras
Papeles conferidos por la pared AAR
• Aspecto y consistencia cérea de las colonias en placas de Petri
• En líquidos crecen formando grumos• Gran impermeabilidad
– Resistencia a desecación– Resistencia a agentes antibacterianos
• Detergentes• Oxidantes• Ácidos y bases