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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
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Características generales de la célula procariota
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Características de las células eucariota y
procariota
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• 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
ProcariotProcariotaa
EucariotEucariotaa
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• 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
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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)
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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
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Aspecto del citoplasma de un bacilo
Mesosoma
Nucleoide
Gránulo de reserva
La mayor parte del citoplasma presenta aspecto granular, por los ribosomas
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Sintesis proteica
Ribosoma, presente en aproximadamente
15.000, esta compuesto por dos
subunidades formando un complejo 70S
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Membrana Citoplasmática• Barrera vital que separa el interior de la célula (citoplasma) con el
entorno (medio ambiente)• Actúa como barrera selectiva: Permeabilidad Selectiva• Transporte a través de membranas biológicas
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Colesterol ausente, sustituido por terpenoides con la función de estabilizar el compartimento
Membrana celular
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Función de la Membrana Citoplasmática
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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
Pared Celular
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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
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IDENTIFICACIÓN DE IDENTIFICACIÓN DE BACTERIASBACTERIAS•Tinción Gram: Las bacterias reaccionan por las
pruebas de: Gram + Gram – Gram Variable• La respuesta de las células a la tinción se debe a diferencias en la complejidad y química de su pared celular, la cual contiene un polímetro llamado Peptidoglicano.• La pared celular de las bacterias Gram – , contienen menor cantidad de peptidoglicano comparado con las bacterias Gram +.
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Tinción Gram
Cristal violetaLugolAlcohol acetonaSafranina
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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
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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
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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)
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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-
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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
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PEPTIDOGLICANO
Esencial para la estructura, forma, replicación y sobrevivencia. En la infección interfiere con la fagocitosis, actua como mitogeno para los linfocitos, posee actividad pirogena. Es degradado por la lisozima presente en la lagrima y mucus
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Las PBP son el blanco de las Penicilinas y de los antibióticos
-lactamicos
Las transpeptidasas y carboxipeptidasas catalizan las reacciones de transpeptidaciónLas bacterias resistentes a la penicilina modifican la estrustucura de las PBP
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La envoltura 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
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PG
Espacio periplásmico
Membrana externa
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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
MEMBRANA EXTERNA estructura bilaminar,
asimetrica
LIPOPROTEINA DE BROWN: Se une en forma covalente al peptidoglicano y se ancla a la membrana externa
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La membrana externa de bacterias Gram-negativas
• Bicapa proteolípídica muy asimétrica:– 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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• 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
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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
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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
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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
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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
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