Citología y morfología bacteriana

Presentación del tema: "Citología y morfología bacteriana"— Transcripción de la presentación:

1 Citología y morfología bacteriana
Cátedra de Microbiología

2 Bibliografía Brock, Madigan, Martinko, Parker Biología de los microorganismos, 8 ed, Prentice Hall Prescott, Harley, Klein Microbiología, McGraw-Hill Interamericana. Página web de la Cátedra. Página de la Universidad de Wisconsin:

3 Esquema Microorganismos, qué son?. Tamaño y forma
Diferentes formas de organización celular Pared (gram +, gram-, Archaea) Membrana. Citoplasma y genoma. Estructuras típicas: Fimbrias, pili, flagelo, endoesporas, inclusiones citoplasmáticas, cápsula. Diferencias entre Bacteria, Archaea y Eucarya.

4 Qué son los microorganismos?
Organismos que no pueden verse a simple vista, al menos en parte de su ciclo Organismos que viven como células aisladas o entidades que contienen acidos nucleicos capaz de replicarse, por lo menos en parte de su ciclo. Incluye algas, hongos, protozoarios, bacterias y virus.

5 Historia Microbiología
1664, Robert Hooke, células vegetales. 1673, Anton van Leeuwenhoek, mercader de telas, describe los microorganismos. 1877, Robert Koch, método de tinción, desarrollo de medios de cultivo sólido.

6 Microscopios Ojo humano 0.2mm.
Microscopio óptico , resolución máxima 0.2 micras (1 micra). Microscopio electrónico, resolución máxima 0.5nm

7 PROCARIOTAS

8 CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS
TIPOS CELULARES DOMINIOS* (Woese et al.,1990) TIPOS ORGANISMOS REINOS (Whittaker, 1969) PROCARIOTA 1. BACTERIA :BACTERIAS COMUNES (EUBACTERIAS)1. CIANOBACTERIAS (algas verde-azules) 2. ARCHAEAMICROBIOS EXTREMÓFILOS** (ARQUEOBACTERIAS): hipertermófilos, psicrófilos, halófilos, acidófilos, alcalinófilos, termoacidófilos, metanógenos MONERA

9 3. EUCARIOTA EUCARYA PROTOZOOS2
3. EUCARIOTA EUCARYA PROTOZOOS2. PROTISTACRISOFITAS (algas diatomeas)EUGLENOIDESPROTISTAS ALGALES (algas verdes, pardas y rojas)MOHOS,HONGOS3. HONGOSBRIOFITAS Y TRAQUEOFITAS4. PLANTASVERTEBRADOS E INVERTEBRADOS5. ANIMALES

10 MODELO DE WOESE ET AL Basado en las secuencias en los nucleotidos en los Ribosomas y RNAs de transferencia de la célulala, la estructura de los lípidos de la membrana y la sensibilidad a los antibióticos. Los tres dominios son Archaea (archaebacterias), Bacteria (bacterias), y Eukarya (eucariotas).

11 Archaea (Archaebacteria
Células Prokariotas. Al contrario de Bacteria y Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono ramificadas unidas al glicerol por uniones de éter y tienen una pared celular que no contiene peptidoglicano. Mientras que no son sensibles a algunos antibióticos que afectan a las Bacterias, son sensibles a algunos antibióticos que afectan a los Eukarya. Los Archae tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Bacterias y Eukarya. Viven a menudo en ambientes extremos e incluyen a los metanógenos, halófilos extremos, y termoacidófilos.

12 Bacteria (Eubacteria)
Las Bacterias son células Prokariotas. Como los Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Tienen una pared celular conteniendo peptidoglicano, son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales, y tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Archaea y Eukarya. Incluyen a mycoplasmas, cyanobacteria, bacterias Gram-positivas, y bacterias Gram-negativas.

13 Eukarya (Eukaryota) Los Eukarya (escrito también Eucaria) son Eukariotas. Como las Bacterias, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Si tienen pared celular, no contiene ningún peptidoglicano. No son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales y tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferente de Bacterias y Archaea. Incluyen a protistas, hongos, plantas, y animales.

14 TAMAÑO: célula eucariota versus célula procariota

15 Tamaños

16 Formas

17 FORMA DE LAS BACTERIAS cocos bacilos espirilos

18 Area de superficie vs. volumen
Tamaño pequeño intercambio más eficiente, permite mayor velocidad metabólica

19 Estructura celular

20 Pared celular Bacteria: Archaea: Gram positivo Gram negativo Sin pared
Diversas estructuras

21 Funciones de la pared Rigidez (mantener la forma, evitar la lisis).
Comunicación con el medio exterior. Puede estar involucrada en patogenicidad (LPS) Barrera para algunas moléculas. Espacio periplásmico (enzimas de transporte, hidrolíticas, etc.)

22 Formación de Protoplastos
Baja concentración de solutos Alta concentración de solutos Lisozima -- proteína que rompe el enlace glicosídico 1-4 en el peptidoglicano

23 Gram- Bacteria Gram +

24 MUREÍNA O PÉPTIDO-GLICANO
Compuesto químico característico de bacterias.

25 Estructura del Peptidoglicano

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28 Pared Celular Gram Positiva

29 Acidos Teicoicos Polisacáridos ácidos de paredes de Gram positivos
Unidos covalentemente al peptidoglicano(OH del C6 de NAM) Atraviesan la pared y alcanzan la superficie de la bacteria Unión hidrofóbica a la membrana celular

30 Otros compuestos químicos característicos de la pared de Gram+
Ácidos teicurónicos Ácidos micólicos

31 Membrana Externa de Gram Negativos
Porinas - proteinas que permiten el pasaje de moléculas pequeñas a través de la membrana -- específicas e inespecíficas

32 Lipopolisacárido (LPS)
Solo en bacterias Gram negativas Parte de la membrana externa

33 Lipopolisacárido (LPS)
Lípido A (NAG-P + grupos acilos) Núcleo del polisacárido contiene KDO (cetodesoxioctonato) otros carbohidratos (ramnosa, ácido galacturónico) usualmente específico de especies O-antigeno número de repeticiones variables también contiene carbohidratos específico de cepa A menudo tóxico para animales - endotoxina Crea superficies densamente hidrofílicas

34 Periplasma de E. coli Proteínas de peiplasma de E.coli.
Proteínas de unión para amino acidos (e.g. histadina, arginina) para azúcares (ej. glucosa, maltosa) para vitaminas (ej. thiamina, vitamina B12) Para iones (ej. fosfato, sulfato) Enzimas de biosíntesis Ensamblado de mureína formación de fimbrias Enzimas de degradaciónde polímeros fosfatasas proteasas Enzimas detoxificantes Beta-lactamasas (e.g. penicillinasa) Fosforilación de aminoglicósidos

35 Algunas bacterias no poseen pared
Mycoplasma Membrana celular mas gruesa pueden tener esteroles y lipoglicanos. Pleiomórficos

36 Pared celular de Archaea
No contiene peptidoglicano Puede ser de pseudopeptidoglicano (pseudomureina) tiñe G+ pseudomureina cubierta de proteina,tiñe G+ monocapa superficial de proteina o glicoproteina, sin pseudomureina (alg halófilos, alg.metanogénicos y termoacidófilos) tiñe G- Existen Archaea sin pared

37 Pseudopeptidoglicano de Archaea

38 Funciones de la pared Rigidez y resistencia osmótica (mantener la forma, evitar la lisis). Comunicación con el medio exterior. Puede estar involucrada en patogenicidad (LPS) Barrera para algunas moléculas (porinas en gram negativos). Espacio periplásmico (enzimas de transporte, hidrolíticas, etc.)

39 Cómo se sintetiza la pared?

40 Síntesis de Peptidoglicano
Bactoprenol (C55 alcohol isoprenoide) -- carrier lipídico que transporta el disacáride pentapeptido del citoplasma al periplasma y lo inserta en la pared celular en crecimiento La transpeptidación, es inhibida por penicilina

41 Transpeptidación Inhibido por la penicilina G.

42 Síntesis de peptidoglicano: transpeptidación
Inhibido por la penicilina G.

43 Síntesis de la pared celular
La pared celular se abre por autolisinas y se deposita nuevo péptidoglicano

44 La membrana celular Estructura:
Bicapa fosfolipídica con proteínas embebidas; puede contener también hopanoides de estructura similar al colesterol. En Archaea, éteres de alcohol isoprenoide, algunas forman monocapas.

45 Estructura de la Membrana Citoplasmática

46 Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen diferentes enlaces químicos
Ester - Bacteria Eter - Archea

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48 Funciones de Membrana Citoplasmática
Barrera de Permeabilidad sólo moléculas pequeñas, sin carga, hidrofóbicas, pueden atravesar la membrana por difusión. Ancla de Proteínas transporte, generación de energía, quimiotaxis Generación de fuerza proton motriz En fototrofas: Intracitoplasmáticas, soportan el aparato fotosintético (Vesículas, túbulos, tipo tilacoides) Síntesis de pared, y estructuras extracelulares.

49 Membrana citoplasmática de E. coli

50 Estructura celular procariota - DNA
No tiene núcleo. El DNA está en el citoplasma: “nucleoide” : zona que ocupa el DNA. Es haploide. Genoma: una única molécula de DNA de doble cadena, circular. El genoma contiene x 106 pares de bases (bp) en procariotas de vida libre; genes No contiene histonas. Puede contener otros elementos genéticos no indispensables para la vida: plásmidos y genomas fágicos.

51 Procariotas No tienen membrana nuclear. No hay porcesamiento del ARNm
La transcripción está ligada a la traducción.

52 Tamaño del Genoma

53 DNA Cromosomal

54 Citoplasma Proteínas (enzimas, complejos enzimáticos, estructurales)
Ribosomas (70S: 55 proteínas, rRNA 5S, 16S, 23S)- polisomas mRNA, tRNA Otras macromoléculas, solutos Sin estructura visible al microscopio No tienen citoesqueleto.

55 Estructuras características
Estructuras con funciones específicas. No todos los microorganismos las tienen. Son características de género y especie (taxonomía) Ejemplos: fimbrias, flagelo, pili, endoespora, cápsula, inclusiones citoplasmáticas

56 Fimbrias - Pili Fimbria - filamento proteico corto, involucrado en funciones de adhesión a superficies. Pelo sexual - unión a célula receptora durante la conjugación.

57 Flagelos

58 Flagelo 1000 H+ / revolución > 40 genes involucrados

59 Flagelos Sólo detectados por técnicas de tinción específicas

60 Anaerobaculum mobile sp. nov. Flagelo insertado lateralmente
Barra 0,5 micras

61 Endosporas Resistencia al calor, radiación, desecación.
Producidas principalmente por los géneros Bacillus y Clostridium Permite la supervivencia en ambientes desfavorables DNA protegido por ácido dipicolínico y proteínas Luego de la activación por stress, la disponibilidad de nutrientes dispara la germinación y el crecimiento La localización de la espora en la célula puede ser usada para la identificación

62 Estructura de la espora

63 Acido Dipicolinico Característico de endosporas

64 Fromación de esporas A- el ADN se duplica y enrolla alrededor del eje central (filamento axial) B- Uno de los cromosamas se rodea de membrana plasmática. C- el protoplasto es rodeado por la célula madre D- se sintetizan las cubiertas de la espora. E- se elimina agua, se forma estructura resistente al calor. F- se libera la espora por lisis de la célula madre. En B. subtilis 6-7 horas, 50 genes.

65 Inclusiones citoplasmáticas
Algunas bacterias tienen estructuras internas gránulos de almacenamiento - polifosfato,azufre, polihidroxibutirato (PHBs) vesículas de gas – flotación Carboxisomas, clorosomas.

66 Inclusiones citoplasmáticas Organismos donde se encuentran
Composición Función Glicógeno Varias bacterias (E. coli) poliglucosa Reserva de C y energía Polihidroxi Butirato Varias bacterias (Pseudomonas) Polímero de dihidroxibutirato Polifosfato Varias bacterias (Corinebacterium) Polímeros de fosfato Reserva de fosfato Gránulos de S Fotótrofas del S Litótrofas del S S elemental Reserva de S Vesículas de gas Bacterias acuáticas Estructura proteica flotación Magnetosomas Algunas bacteris acuáticas Magnetita Fe3O4 Orientación en campo magnético Carboxysomas Bacterias autotróficas Enzimas fijación de CO2 Fijación de CO2 Chlorosomas Bacterias verdes Lípidos, proteínas bacterioclorofila Captura de la luz

67 Poly-ß-hydroxybutyrate (PHB)

68 Poly-ß-hydroxybutyrate (PHB)

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70 Otros polisacáridos extracelulares
Glicocalix: Material externo a la pared celular Cápsulas - Material en la superficie celular Capas mucilaginosas - Material adherido, menos fuertemente Capa S: Subunidades proteicas o glicoproteicas. G+, G- y Archaea. Pueden constituir la pared Funciones Protección contra defensas del huésped (fagocitosis) Protección contra desecación Protección contra virus, toxinas Adhesión a superficies (células, objetos inanimados) formación de biofilms.

71 Glicocalix Tinción negativa Microscoía electrónica

72 Tinción negativa

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74 Diferencia entre la estructura celular de Bacteria, Archaea y Eucarya
Propiedad Bacteria Eucarya Archaea Membrana nuclear NO SI Organelos Tamaño ribosoma 70S 80S Peptidoglicano en la pared Esteroles en membrana (hopanoides) Lípidos de membrana Ester unidos a glicerol Ester unido a glicerol Eter, ramificados

75 METABOLISMO Y CRECIMIENTO BACTERIANO
Multiplicación por fisión binaria trnasversal proceso asexual con intercambio de inf. Genética (conjugación) Curva de desarrollo bacteriano: se duplica cada 20 min. Y continua durante 48 horas

76 FASES DEL CRECIMIENTO Fase de retraso : trasferencia al nuevo medio ,adaptación ( T°, nutrientes, metales trazas, productos de desecho. Producción de enzimas, inicialmente no se multiplican.

77 FASE LOGARITMICA Lamada fase exponencial:Iniciada la multiplicación el número de bacterias se incrementa logaritmicamente, alcanzan forma, tamaño bastante uniformes. Cada bacteria es independiente en # y tiempo en esta fase

78 FASE ESTACIONARIA Agotados los nutrientes los productos tóxicos del metabolismo se acumulan, la fase de multiplicación se equilibra. Se altera la suseptibilidad a los A/B

79 FASE DE MUERTE La fase final por falta de nutrientes esenciales y la acumulación de residuos tóxicos ocasinan una muerte rápida.Algunos activan amidasas y otras que agilisan la lisis de la pared celular