TEMA. 2.Estructura y función de la célula procariota

TEMA. 2. Estructura y función de la célula procariota

Otras estructuras en el exterior de la célula

BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

Ciclo Escolar 12-13B

Mónica Marcela Galicia Jiménez

GlycocalyxBIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

•Polisacáridos o cubierta de polipéptido que rodea las células •también llamado polisacáridos extracelulares (EPS)•se forman dentro de las células y secretadas

Función de Glycocalyx• Factor de virulencia (diversas enfermedades)• evita la fagocitosis• Adherencia a superficies• Semejante al biofilm• Protección de ambiente seco, los virus, los

antibióticos• Provee de nutrientes

Capsula

• Capsula: organizado por EPS

• firmemente adherido a la pared celular

• Inhibe la fagocitosis = factor de virulencia

Slime Layer (EPS)

• Capa S: no organizado, muy ligados a la pared celular• Adjunto, la fagocitosis bloques

Biofilms

• Biofilm = una comunidad microbiana unido a una superficie

• Puede ser uno o varios organismos

Biofilms en el ambiente

Flagelo y motilidad

Estructura de un flagelo bacteriano

Membrana plasmática

Pared bacteriana

Proteína Mot

Anillo P

Proteína Fei

Anillo S-M

AXONEMA: Filamento de flagelina (unidades globulares enespiral levógira)

Gancho o codo

BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B

Filamentos delgados y largos, libres en un extremo y unidos a la célula en el otro.

~20 nm de diámetro, 18,000-100,000 rpm

Autopropulsión motora, Permite explorar el medio ambiente, Alto Costo energético.

Funciona con la fuerza motora de protones o con iones de sodio

Motilidad Bacteriana

Tipos de flagelos

El movimiento no es continuo… “tumble and run”

“Taxis” – respuesta en las maquinarias de motilidad procariones que responden de manera positiva o negativa a un gradiente acercándose o alejándose de la mayor concentración respectivamente.

QuimiotaxisFototaxisAerotaxisOsmotaxisMagnetotaxis

Filamento

Gancho

Cuerpo Basal

Centro fijo y control de dirección de rotación

Estabilizador y Conductor de Protones

Anillo a través de la pared y membrana externa

Bastón central

MacNab, 2003. Ann Rev Microbiol. 57:77

Figure 3.5a

Figure 3.5b

FIMBRIAS O PILIS

ConceptoSon apéndices proteicos que existen en la superficie bacteriana y que están constituidos por subunidades protéicas llamadas fimbrinas o pilinas anclados en la membrana externa.

Tienen un diámetro de 2-8 nm y unalongitud de aproximadamente 1-3 μm.

Clasificación

1- De acuerdo a la sensibilidad con el monosacárido manosa

Manosa sensibles (MS)

Manosa resistentes

Se combinan con receptores que

contienen d-manosa.

Se combinan con receptores específicos

que no contienen manosa.

Microorganismos

•Klebsiella•Enterobacter•Serratia•Salmonella•Shigella•Citrobacter•Erwinia•En la mayoría de enterobacterias

Manosa sensibles

Manosa resistentes

•N. gonorrhoeae•N. meningitidis •V. cholerae•B. pertussis•P. aeruginosa•P. mirabilis

Manosa sensibles• Sus receptores se encuentran en glicoproteínas,

fagocitos, hematíes produciendo hemaglutinación que es inhibida al adicionar D-manosa o sustancias análogas al medio.

• Estas fimbrias por su capacidad de unirse a diversas células son poco relacionadas con el poder patógeno.

• Intervienen en el proceso de colonización.

Manosa resistentes• Son menos frecuente y difundidas.

• Producen la aglutinación a las hematíes aún en presencia de D-manosa.

• Es un grupo heterogéneo en el que se agrupan a todas las fimbrias que se combinan con receptores específicos que no contienen manosa.

Caracteres de fimbrias de E. coli más importantes asociadas al poder patógeno en el hombre y los animales

Fimbria Serotipo F

Origen de la cepa Gen Receptor Aglutinación

Manosa-SensibleTipo I F1 Ubicuo Cromosoma Glicoproteínas

d-manosaHematíes de caballo, cordero. humanos y levaduras

Manosa-ResistentesK88 F2 Enteropatógenos

Diarrea de lechonesPlásmido Glícolípidos

Gangliósido GM1HematíesPollo y cobayo

K99 F3 Diarrea de bóvidos Plásmido Gangliósido GM2 Caballo y cordero

987P F4 Diarrea de lechones Plásmido

CFAI F5 Diarrea humana Plásmido Gangliosido GM2 Humanos, pollo y bovinos

CFAII F6 Diarrea humana Plásmido Bovinos y pollo

E8775 Diarrea humana Plásmido Bovinos

P Uropatógenos, infección urinaria (90%)

Cromosoma Globotetraosyl ceramido

Humano

Otras Fimbrias

F7 a F10 Infección urinaria (10%)

2- Estudio de fimbrias sobre base serológica

Se han identificado 12 serotipos de fimbrias (serotipos F):

• El serotipo F1 está asociado con fimbrias MS.• Los serotipos F2 a F6 lo están con las fimbrias MR.• Los serotipos F7 a F10 lo están con cepas

uropatógenas.

Importancia• Están asociadas a la capacidad de adhesión de

diferentes bacterias patógenas hacia determinados tejidos del hospedador.

• Intervienen en los procesos de virulencia y resistencia ambiental de las cepas, ejemplo:

La adhesión a mucosas y superficies abióticas.La formación de biopelículas.La adhesión e invasión de células epiteliales.

• En la mayoría de los casos un determinado aislado puede expresar varios tipos fimbriales.

• Las fimbrias tipo I y tipo IV representan los sistemas modelo mejor caracterizados.

• La mayoría de las fimbrias se encuentran en las bacterias Gram-negativas.

FIMBRIAS EN BACTERIAS GRAM NEGATIVAS

Tipos de fimbrias o pilis• Tipo I• Tipo P• Tipo II• Tipo III• Tipo IV• Tipo S• Pili sexual

PILI TIPO I

Características• Tienen la habilidad de aglutinar eritrocitos. • Algunas son inhibidas por la adición de D-manosa

MSHA (hemaglutinación manosa sensible). • Otras son MRHA (hemaglutinación manosa

resistente).• Las fimbrias tipo 1 son necesarias para la unión de la

bacteria a restos de D-manosa del receptor glicoproteico en la superficie de células.

Microorganismos

Presente en:

• Escherichia coli• Klebsiella• Salmonella• Vibrio• Otras enterobacterias

Ciclo Escolar 12-13BE. coli

PILI TIPO P

Genes implicados en su formación

Los genes que codifican las distintas subunidades estructurales de las fimbrias P así como las proteínas que participan en su ensamblaje y regulación se codifican en el operón pap.

Operón Pap

Ensamblaje

Chaperone-usher pathway

Estructura

Este pili esta asociado a pyelonefritis en cepas de E. Coli que colonizan el tracto urinario.

La adhesina PapG se une a glicolípidos del tracto urinario.

• Estas fimbrias están compuestas por un tallo rígido helicoidal con giro a la derecha con un diámetro de 6,8 nm y una longitud de entre 1-2 μm formado por múltiples copias de la proteína principal PapA.

• En el extremo distal poseen un apéndice fibrilar más delgado y flexible que el tallo, formado por las subunidades minoritarias PapK, PapE, PapF, y la adhesina PapG.

Características

• Las fimbrias P se unen específicamente a glicolípidos presentes en el riñón humano y participan en el establecimiento de la pielonefritis.

• Su receptor es un glucoesfingolípido el cual se encuentra en las células uroepiteliales y en los hematíes.

Microorganismos

• Se encuentra en E. coli uropatógena (UPEC).

E. coli en el 90% de los casos presenta fimbrias P con la propiedad de aglutinar los hematíes humanos que contienen el antígeno P; el cual es un glicolípido, que contiene un disacárido que constituye el receptor.

PILI TIPO II

Ensamblaje

Chaperone-usher pathway

Características

No hemaglutinantes, variantes antigénicas de las fimbrias tipo I.

Microorganismos

Escherichia y Salmonella.

PILI TIPO III

MicroorganismosPresente en:

• Klebsiella• Salmonella• Yersinia• Proteus• Providencia

PILI TIPO IV

Twitching

Asociadas con el

movimiento no flagelar.

Microorganismos

Presente en:• Salmonella enterica serovar typhi• Pseudomonas aeruginosa• Legionella pneumophila• Neisseria spp y gonorrhoreae• Vibrio cholerae• Cepas de E. coli enteropatogénicas (EPEC) y

enterohemorrágicas (EHEC).

PILI TIPO S

• Se une con los residuos terminales de ac. Sialico (receptor) en las células epiteliales y fagocitos.

• Se adhiere a células epiteliales y fagocitos.

PILI SEXUAL

La presencia del factor F de transferencia (plásmido F), codifica la formación de Pili sexual, el cual es un mecanismo de recombinación genética entre bacterias donante y receptora.

Intercambio genético Es la habilidad de las bacterias de

intercambiar mutaciones o genes útiles mediante transferencia genética a otras bacterias incluso de diferente genero.

Los mecanismos fundamentales de intercambio o recombinación genéticos en las bacterias son:– Transformación– Conjugación– transducción

Conjugación•Está dada mediante un contacto directo entre la bacteria donante y la receptora, a través del Pili sexual de la bacteria donante.

•Está mediada por los plásmidos

•Cada Bacteria tiene un reducido número de copias de plásmidos conjugativos (1-3) y posee genes que le permiten su transferencia a otras bacterias.

Intercambio genético entre dos bacterias

Bacteria donante (F+) Bacteria receptora (F-)Poseen plásmido F.Codifica para la producción de Pili sexual y todas las proteínas involucradas en la transferencia del plásmido.

No poseen Plásmido F.No producen Pili sexual.

Interacción directa

Conjugación del plásmido

Bacterias productoras de factor FBACTERIA FACTOR F PRODUCIDO

Escherichia coli ColicinaPseudomonas aeruginosa PiocinaSerratia marcescens MarceínaEnterobacter aerogenes Aerocina

FIMBRIAS EN BACTERIAS GRAM POSITIVAS

Modelo de adherencia deStreptococcus

Pili BG positivas

• Tamaño.• Peso molecular.• Composición en aminoácidos.• Poder inmunógeno.• En relación con la presencia de adhesinas.• Capacidad de fijación selectiva a los receptores de

diversas células (hemaglutinación).• Por la naturaleza química de sus receptores.

Las fimbrias se pueden diferenciar por una serie de caracteristicas como:

Movilidad por deslizamiento

(a) Regular swimming motility powered by the rotation of flagellar filaments.

(b) Sheathed flagella–driven motility by spirochetes suitable in highly viscous fluids.

(c) Swarming motility on a solid surface powered by multiple lateral flagellar filaments.

(d) Social gliding motility resulting from the retraction of type IV pili adhered to a solid surface or other bacterial cell bodies.

(e) Mechanism for adventurous gliding motility proposed by Mignot et al.

Harshey, 2003, Ann Rev. Microbiol

Swarming

Gliding

Twiching

Swimming

Sliding

Darting

Videos http://www.rowland.org/labs/bacteria/index_movies.html

Evaluación1. Escribir la definición de pili.2. Enumerar los tipos de pilis de las bacterias

Gram-negativas.3. Escribir una característica de la fimbria Tipo I

y la Tipo IV.4. ¿Cuál es la función del pili sexual?

Swarming

Gliding

Twiching

Swimming

Sliding

Darting

Filamento

Gancho

Cuerpo Basal

ESTRUCTURAS INTERNAS

Matriz:PrecursoresFuentes de energíaProductos de desecho

Orgánulos:RibosomasMembrana

intracitoplásmicaInclusiones

CITOPLASMA BACTERIANO

NUCLEOIDE

• El material genético de las bacterias se encuentra en el citoplasma, se le denomina como nucleoide, cuerpo nuclear, región nuclear.

• Esta compuesto de alrededor de 80% de DNA, 10% de RNA y 10% de proteínas (RNA polimerasa).

• DNA: El cromosoma bacteriano

único contiene dos tiras complementarias de DNA que están enrolladas alrededor una de la otra en patrón helicoidal, con los extremos unidos para formar una molécula circular.

• Las purinas de una cadena forman puentes de hidrogeno con las pirimidinas.

• El par A-T con 2 uniones puente de H.• El par G-C con tres uniones.• Cada una de las cuatro bases esta unida a una

fosfo-2’-dexosirribosa para formar un nucleótido.

• La longitud de una melecula de DNA se expresa en miles de pares de bases o en kilobases (kb).

• El cromosoma de una bacteria, E. coli, es una molécula circular única que contiene alrededor de 4,500,000 pares de bases o 4500 kb. Con una longitud aproximada de 1 mm.

Existen 3 diferencias entre la química del DNA y la del RNA:

1. Las macromoléculas del RNA contienen el azúcar ribosa en lugar de desoxirribosa.

2. El RNA tiene la base uracilo en lugar de timina.

3. El RNA no es una molécula de tira doble

• Las bacterias contienen 3 tipos de RNA:

1. RNAm: (mensajero), su función es copiar el código genético del gen (DNA cromosómico) y llevar este mensaje al sitio de síntesis de proteínas (Ribosomas).

2. RNAt (transferencia), traducción del mensaje de RNA en una secuencia especifica de aminoácidos.

3. RNA (ribosomal) síntesis de proteínas.

• Son elementos genéticos que se replican independientemente del cromosoma.

• Se encuentran dentro de la célula.• Existen varios tipos de plasmidos.• En E coli, se han aislado mas de 300

PLASMIDOS

Tipos de plasmidos

• P. conjugativos: codifican pili sexuales y proteínas necesarias para la transferencia de DNA.

• P. R (resistencia a los antibióticos, mercurio).• P. Producción de bacteriocinas y antibióticos.

Tipos de plasmidos• Plasmidos de funciones fisiológicas: Utilización de urea, Fermentación de carbohidratos. Producción de pigmentos.• Plasmidos de virulencia: producción de

toxinas, enzimas, tumores.

• E. coli, posee un plasmido conjugativo llamado Factor F:

- Capacidad para sintetizar pili. - Movilización del DNA para su transferencia. - Alteración de receptores de la superficie de la

célula.

Ribosomas bacterianos.

• Los ribosomas, procarióticos o eucarióticos, están formados por proteínas y ARN; sin embargo, ambos tipos de ribosómas son diferentes de suerte que puede disponerse de inhibidores (antibióticos) específicos de ribosomas procarióticos que no afectan a los eucarióticos y viceversa.

• CÁPSULA: formada por una capa gelatinomucosa de tamaño y composición variables que juega un papel importante en las bacterias patógenas.

• CITOPLASMA: Presenta un aspecto viscoso, y en su zona central aparece un nucleoide que contiene la mayor parte del ADN bacteriano. En algunas bacterias aparecen fragmentos circulares de ADN con información genética, dispersos por el citoplasma: son los plásmidos.

También se encuentran inclusiones de diversa naturaleza química.

• MEMBRANA PLASMÁTICA : presenta invaginaciones, denominadas mesosomas, donde se encuentran enzimas que intervienen en la síntesis de ATP, y los pigmentos fotosintéticos en el caso de bacterias fotosintéticas.

• FLAGELOS: generalmente rígidos, implantados en la membrana mediante un corpúsculo basal.

• FIMBRIAS O PILI : muy numerosos y cortos, que pueden servir como pelos sexuales para el paso de ADN de una célula a otra.

• ARN Y RIBOSOMAS : para la síntesis de proteínas.

• PARED CELULAR : rígida y con moléculas exclusivas de bacterias.

REPRODUCCIÓN BACTERIANA

• Forma asexual de reproducción bacteriana, se produce la replicación del DNA gracias a la ADN polimerasa, en el proceso intervienen los mesosomas.

• La pared bacteriana crece hasta desarrollar un tabique transversal que separa las dos bacterias hijas.

Bipartición o fisión binaria

• Mecanismo sexual de Transferencia de ADN bacteriano.

• La bacteria donadora (F+) por tener el plásmido F le dona a través de un pili el plásmido o una parte de su ADN a la bacteria receptora llamada F-,

• La bacteria F- se convierte así el F+ al tener genes presentes en la bacteria F+

• Finalizada la transmisión, el puente de conjugación desaparece.

Conjugación

Transformación

• Mecanismo sexual de intercambio de ADN bacteriano.

• La bacteria receptora recibe fragmentos de ADN de otra bacteria presentes en el medio donde vive.

• La bacteria receptora denominada competente, incorpora ese ADN a su genoma y experimenta un cambio o transformación

Transducción

• Mecanismo sexual de transferencia del material genético desde una bacteria donadora a una receptora se produce por un individuo vector que puede ser un virus que por azar lleva un cierto ADN bacteriano.

• El virus llamado bacteriófago al infectar a la bacteria le transmite además de su genoma también parte del genoma bacteriano transportado

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