Autor M en C. ADA ELIA DÍAZ GONZÁLEZ BORJA 2017 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS disposición y función de las estructuras de la célula procarionte (Membrana y pared celular bacteriana y su función) parte ii Autor M en C. ADA ELIA DÍAZ GONZÁLEZ BORJA 2017

OBJETIVO: PROGRAMA DE ESTUDIO POR COMPETENCIA DE VIRUS Y BACTERIAS UNIDAD II: Morfología y fisiología de la célula procarionte OBJETIVO: Reconocer e identificar la morfología de la célula procariota asociada a sus características fisiológicas, bioquímicas, genéticas, moleculares, filogenéticas, taxonómicas, evolutivas, ecológicas y biotecnológicas. .

Membrana citoplasmática La membrana citoplasmática, es una capa delgada interna con respecto a la pared celular bacteriana.

MEMBRANA CITOPLASMÁTICA (MC) Estructura que rodea completamente a la célula. Su grosor 7 a 8 nm. Compuesta por lípidos, proteínas y carbohidratos. Su proporción: proteínas: lípidos 80:20. Delimita a el citoplasma. Carbohidratos en menor proporción, se asocian a otros componentes para formar, glicolípidos y glicoproteínas.

ESTRUCTURA DE LA MC Se apega al modelo de mosaico fluido de Singer y Nicholson. Presenta. bicapa lipídica, en ella se encuentran las proteínas, que pueden moverse lateralmente en el mosaico de moléculas de lípidos, igualmente dotados de una rápida movilidad. Parece ser que no existe movilidad de lípidos entre las dos capas. Los fosfolípidos poseen unidades: hidrofóbicas (ac. grasos), hacia el interior de la célula. Unidades hidrofílicas (glicerol) exterior o fase acuosa. La fluidez de la MC facilita el ensamble de lípidos y proteínas de nueva síntesis.

Las proteínas integrales (proteínas transmembrana) cruzan completamente la bicapa lipídica. Las proteínas periféricas se asocian con la membrana principalmente a través de interacciones no covalentes específicas con las proteínas integrales o lípidos de membrana.

FUNCIONES DE LA (MC) Por su estructura multifuncional la MC bacteriana, es el sitio donde se producen muchos procesos metabólicos complejos. Realiza las siguientes funciones: Barrera vital, separa el interior del entorno. Barrera osmótica: (que mantiene constante el medio interno), impidiendo el paso libre de sales y de compuestos orgánicos polares. Es el límite metabólicamente activo de la célula: establece la frontera entre el protoplasto y el medio externo, impidiendo la pérdida de metabolitos y macromoléculas del protoplasto. Biosíntesis de componentes de membrana, de pared y de cápsulas,

FUNCIÓNES DE LA MEMBRANA CITOPLASMATICA Permeabilidad: propiedad de la membrana que permite que determinados compuestos puedan atravesarla, a esta característica se le conoce como, permeabilidad selectiva. Atraviesan fácilmente membrana Ac. grasos, alcoholes y bencenos debido a su solubilidad lipídica. El agua es la única molécula, que puede atravesar la membrana, por ser pequeña y carecer de carga. No pueden atravesar la membrana Ac. orgánicos, aminoácidos y sales inorgánicos por ser hidrofílicos.

FUNCIÓNES DE LA MEMBRANA CITOPLASMATICA PARTICIPACIÓN EN PROCESOS BIOENERGÉTICOS Contiene todos los componentes requeridos para la transducción de energía y la producción de ATP mediante procesos respiratorios. PARTICIPACIÓN EN BIOSÍNTESIS DE POLÍMEROS : biosíntesis de polisacáridos de la cápsula, peptidoglucano, ácidos teicoicos y teicurónicos y lipopolisacárido. Igualmente en ella se localizan los enzimas implicados en la síntesis de los lípidos de la propia membrana. SECRECIÓN DE PROTEÍNAS: Secreta proteínas receptoras requeridas para el transporte de algunos nutrientes por parte de las bacterias Gram -.

TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA CITOPLASMATICA Una membrana intacta no permite la difusión pasiva de ciertas moléculas polares, pero llegan a travesarla mediante procesos, llegan a concentrar mas de 1000 veces en el interior con respecto, a la concentración que existe en el exterior. Acción de las proteínas de transporte de las membranas: Uniportadoras: Transportan una sustancia de un lado de la membrana.

TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA CITOPLASMATICA Contransporte: Mueven sustancias de un lado a otro de la membrana, conjuntamente con una segunda sustancia que se requiere para el transporte de la primera. Simportadores: proteínas que mueven 2 sustancias en la misma dirección. Antiportadores: transportan sustancias en un sentido mientras que la otra transporta en sentido opuesto.

TRANSPORTE DE NUTRIENTES La célula bacteriana para nutrirse, capta los nutrientes que necesita desde el medio exterior. La bicapa lipídica actúa como barrera que impide el paso de la mayor parte de las sustancias. Por ello existen mecanismos específicos, que permiten la entrada de los nutrientes. Además, hay que tener en cuenta que las bacterias suelen vivir en medios diluidos, y deben realizar un “trabajo” para trasladar muchos de esos nutrientes en contra del gradiente de concentración. Tipos de transporte de sustancias a través de la membrana: transporte pasivo inespecífico (= difusión simple) transporte pasivo específico (= difusión facilitada); transporte activo. traslocación de grupo:

TRANSPORTE PASIVO INESPECÍFICO O DIFUSIÓN PASIVA La sustancia transportada no interacciona específicamente con ningún componente, simplemente atraviesa la MC, hasta que alcanza su equilibrio entre la concentración interna y externa. La cantidad de soluto transportada depende del gradiente de concentración. Muy pocas sustancias son captadas por la célula bacteriana, por este mecanismo, ejemplo: Agua, gases como O2, CO2, NH3, y sustancias liposolubles como el glicerol.

DIFUSIÓN FACILITADA Mecanismo similar a la difusión simple: Depende de un gradiente de concentración. Las sustancia es transportada con mayor rapidez vía proteínas acarreadoras (transportadoras) específicas para ciertos sustratos. La proteína transportadora es la permeasa cuya conformación determina un canal interior. La sustancia o soluto se une en la parte externa de la permeasa y es liberada en parte interna. No requiere de gasto de energía (metabólico). El proceso se ve afectado por cambios de temperatura.

TRANSPORTE DE NUTRIENTES

TRANSPORTE ACTIVO Es especifico para ciertos sustratos, se forma un complejo acarreador-sustrato en la parte externa de la membrana. Requiere de un gasto de energía metabólica. Permite la captación de sustratos en contra de un gradiente de concentración. Muchos de los sustratos transportados por este mecanismo, son osmóticamente activos por lo que en el interior de la célula bacteriana, tiene una presión osmótica mayor que la del medio que la rodea. El sustrato que es transportado mediante transporte activo es liberado en el interior de la bacteria sin sufrir ninguna modificación química.

Transporte mediante traslocación de grupo: Proceso en cual se modifica químicamente al compuesto que se transporta, a través de la membrana, y generalmente se le adiciona un grupo fosfato. Es el principal mecanismo de transporte de los azúcares en bacterias facultativas y anaerobias estrictas. Ejemplos: la glucosa, manosa, fructosa, N-acetil-glucosamina, sufren fosforilación durante su transporte, (sistema fosfotransferasas).

Ejemplo: glicerol, cuando es rápidamente convertido a glicerol-fosfato; por lo tanto, la concentración interna de glicerol como tal es prácticamente nula, lo que facilita esta difusión incluso a bajas concentraciones exteriores de esta sustancia. Zymomonas existe un facilitador de membrana que transporta glucosa.

SECRECIÓN DE ENZIMAS EXTRACELULARES (exoenzimas) Existencia de polímeros muy grandes que no pueden ingresar a través de la MC. Función: Las enzimas extracelulares degradan los polímeros a unidades mas pequeñas para poder ser transportadas a través de MC y ser metabolizadas. Destruyen sustancias que son dañinas a la célula.

PARED CELULAR BACTERIANA Es una estructura rígida que se encuentra por fuera de la MC. Composición química: El peptidoglicano (PG), es un componente importante de la pared celular, también se le conoce como mureína, es polímero compuesto por N-acetilglucosamina y N-acetil ácido murámico Con base a su naturaleza química la pared celular, agrupa a las bacterias en tres categorías: Bacterias Gram + Bacterias Gram- Bacterias ácido-alcohol resistentes (BAAR) Bacterias carentes de pared celular (micoplasmas).

PARED CELULAR DE BACTERIAS G+ El Peptidoglicano es el componente mayoritario de la PC presente en 50-80%. Da rigidez y forma a la bacteria. Ac. Teicoicos y los lipotecoicos son componentes de especificidad antigénica Cuando no están cubiertos por estructuras más externas (como cápsulas), constituyen el antígeno somático O de las bacterias Gram-positivas. Actúan como receptores específicos para la adsorción de ciertos bacteriófagos. Presencia de proteína M en Streptococcus Presencia de proteína A en Staphylococcus

Proteína M Facilita la unión a las células de animales en que parasitan estas bacterias

PARED CELULAR DE BACTERIAS G- Peptidoglicano esta presente en la PC en un 5 a 10%. Posee una membrana externa, e inmersa en un espacio periplasmico. Proteínas períplasmicas (Porinas ). Lipopolisacáridos: Polisacarido O y Lípido A (acción toxica ).

Membrana Externa de bacterias Gram- Capa externa compuesta de lipopolisácaridos (proteínas en un 60%). Capa interna compuesta por fosfolípidos, lipoproteínas y otras proteínas. Zonas de adhesión: fusión de la membrana externa y el peptidoglucano a fin de facilitar el transporte de sustancias desde el exterior al interior celular.

LPS LIPIDO A (endotoxinas) Síntomas ANTÍGENO SOMATICO O Hace a la bacteria menos soluble a detergentes Mas resistente a disolventes orgánicos Menos permeable a antibióticos. Propicia los síntomas patológicos en G- Síntomas *Pirogenicidad (inducción de fiebre) *Hipotensíon *En casos graves, choque letal, por fallo cardíaco *Actividad necrótica de tejidos Beneficio: estimula al sistema inmune ANTÍGENO SOMATICO O * Condiciona la virulencia de las bacterias G- patógenas . * Favorece la interacción bacteria hospedero Permite diferenciar las distintas especies de bacterias

LPS Lípido A ANTÍGENO SOMATICO O Localizados en la lamina externa de la membrana externa. Constituye la endotoxina de las bacterias Gram-, su función se debe: Lípido A Pirogenicidad (inducción de fiebre) Hipotensión En casos graves, choque letal, por fallo cardíaco Actividad necrótica de tejidos Condiciona virulencia en bacterias patógenas . ANTÍGENO SOMATICO O Tiene efectos beneficiosos: estimula una serie de mecanismos defensivos del hospedador, que incluyen: La activación del complemento, que puede ocasionar la lisis de la bacteria. Mejora las propiedades de los fagocitos (macrófagos) célula del hospedador responsable de la mediación de los efectos del LPS, tanto los positivos como los negativos. El macrófago posee receptores de membrana para detectar el LPS bacteriano, y en respuesta a él, libera moléculas mediadoras (citoquinas) que actúan a su vez sobre diversas partes del sistema inmunitario.

PARED CELULAR DE BACTERIAS G- Espacio periplasmico. Ubicado entre la membrana externa y la membrana citoplasmática. Actúa como osmorregulación. Se encuentran en el enzimas degradadoras como penicilinasa, ARNasa, fosfatasas, proteasas (proteínas y péptidos) y endonucleasas

Proteínas de membrana externa o conocidas como porinas Trímero con canales interiores, que atraviesan la membrana externa. Permiten el paso de sustancias a través de los canales (Vit B12). Protegen a la bacteria contra la acción de las sales biliares en el ecosistema intestinal.

PARED CELULAR DE LAS BACTERIAS GRAM + y GRAM - El Peptidoglicano es el componente mayoritario de la PC presente en 50-80%. Da rigidez y forma a la bacteria. El Peptidoglicano esta presente en la PC en un 5 a 10%. Un 1 nm de espesor Da rigidez parcial a la bacteria Ac. Teicoicos y los lipotecoicos. Son componentes que suministran especificidad antigénica. Esta rodeada de una de una membrana externa, e inmersa en un espacio periplasmico. Ac. Teicurónicos: Confieren el antígeno somático O de las bacterias Gram (+). Lipopolisacáridos: polisacarido O y Lípido A (acción toxica ). Presencia de proteína M en Streptococcus Presencia de proteína A en Staphylococcus. Porinas Proteínas periplasmicas

Pared Celular bacteriana Características estructurales de los tres grupos bacterianos. Composición química de la pared celular de las bacterias Bacterias G+ Bacterias G- Acido- alcohol resistentes Peptidoglicano (0.02 – 0.06 µm) (0.01µm) Ac. Teicoicos Lipoproteína Arabinogalactan Ac. lipoteicoicos Membrana externa Ac. micólicos Ac. teicurónicos LPS; PPME Glicolípidos extraibles LPS: lipopolisacáridos PPME: proteínas principales de la membrana externa

Pared celular de bacterias ácido-alcohol resistentes (BAAR) Tienen una pared celular muy compleja, con abundancia de lípidos, algo excepcional en bacterias Gram +. Ejemplo: Nocardia y Micobacterium tuberulosis. No se tiñen con los colorantes normales, solo mediante calentamiento de la preparación, se decoloran con una mezcla de ácido clorhídrico al 3% en etanol de 96o. De ahí el nombre de ácido-alcohol resistentes, esto se debe a la presencia de unos lípidos llamados ácidos micólicos, son polímeros, unidos covalentemente entre si.

Pared celular de bacterias ácido-alcohol resistentes (BAAR) Pared celular es parecida a las bacterias Gram + y Gram –, poseen peptidoglicano. No poseen ácidos teicoicos. Poseen arabinogalactán, el cual representa un antígeno común para Nocardia y Micobacterium. Presentan glicolípidos, que sirven para la habilidad de cepas virulentas de Micobacterium para agruparse y formar cordones.

FUNCIÓN DE LA PARED CELULAR Facilita la difusión de nutrientes hacia la célula, los polisacáridos extracelulares aniónicos funcionan como una resina de intercambio. Protección contra la desecación. Protección contra la predación por parte de protozoos. Protección contra agentes antibacterianos. Protege contra metales pesados, contra bacteriófagos, contra células fagocíticas (p. ej., la cápsula del neumococo), contra detergentes, contra anticuerpos. Adhesión a sustratos: las bacteria se adhiere por la cápsula al sustrato; hay un aumento de superficie bacteriana, lo que se traduce en una mejora en la capacidad de absorber nutrientes.

TINCION DE GRAM . La Tinción Gram, en microbiología para la visualización de bacterias en muestras clínicas. También se emplea como primer paso en la diferenciación bacteriana. El examen con microscopio óptico de preparación con tinción de Gram, se emplea observar la morfología bacteriana (cocos, bacilos y espirilos). Permite diferenciar grupos bacterianos, Gram positivos se tiñen de azul, y Gram negativos se tiñen de rojo. Gram negativos          Gram positivos

TINCION DE GRAM . El valor diagnóstico de esta tinción es variable; normalmente permite una buena orientación al microbiólogo para seleccionar las técnicas de cultivo más adecuadas. También tiene valor en orientar hacia un diagnóstico etiológico, en especial para instaurar un tratamiento inicial.

Bibliografía Madigan, M.T., Martinko, J.M. y Parker, J. 2014. Brock Biology of Microorganisms (10ª ed.) Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, E.E.U.U. Madigan, M.T., T.D. Brock. 2009. Brock Biology of Microorganisms (12ª ed.) Pearson, California, EUA. Prescott, Harley y Klein. 2012. Microbiología. (10ª ed.). McGraw-Hill Interamericana. Schlegel, H. y J. Lalucat. 1997. Microbiología general. Omega. Barcelona, España