Tema 3. Estructura de la célula procariota y genética bacteriana.pdf

8/17/2019 Tema 3. Estructura de la célula procariota y genética bacteriana.pdf

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MARACAIBO, SEPTIEMBRE DE 2013.

Lic. Liliana Gómez Gamboa (Mg.Sc.)

TEMA 3:

ESTRUCTURA

DE LA

CÉLULA PROCARIONTE

Y

GENÉTICA BACTERIANA

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE MEDICINA ESCUELA DE MEDICINA

UNIDAD CURRICULAR: BACTERIOLOGÍA Y VIROLOGÍA


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Características Generales de la célula bacteriana

• Organización celular más simple.• Microorganismos típicos: unicelulares, indiferenciados,

con una pared celular rígida.• Organismos procariotas.• Multiplicación asexual (fisión binaria).• Nutrición absortiva.• Capacidad biosintética.• Tamaño microscópico.• Gran variedad de tipos morfológicos y fisiológicos.• Extensamente distribuidos en la naturaleza.• Generalmente saprófitas.• Algunas especies pueden causar enfermedades.


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Bacterias: Características Generales para su Estudio

•

Características microscópicas• Examen al fresco o montaje húmedo

• Preparaciones coloreadas:

Coloraciones simples: azul de metileno

Coloraciones diferenciales: Gram, Ziehl-Neelsen

Coloraciones especiales: cápsula, flagelos, esporas

• Tamaño

• Forma

• Disposición o Agrupación

CARACTERÍSTICASMORFOLOGICAS DE LACÉLULA BACTERIANA


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Tamaño

• Unidad de medida: micras (µm)• Varía entre 0,2-2 µm de diámetro y 2-8

µm de longitud• Micrómetro ocular

Epulopiscium

fishelsoni

0,5

mm

Thiomargarita

namibiensis

750

µm (0.75 mm)


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FormaBásicamente, las bacterias despliegan tres formas:• Cocos: células esféricas u ovoides• Bacilos: células alargadas. Variaciones en cuanto a la longitud, anchura y forma de los

extremos• Formas incurvadas: bacilos curvos (en forma de coma), espirilos (rígidos y se mueven

por flagelos) y espiroquetas (flexibles y se mueven por filamentos axiales)

Bacterias apendiculadas: presentanextrusiones, como largos tubos otallos


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• Otras formas: cuadradas, estrelladas

Stella Haloarcula


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Bacilos. Variedades Morfológicas

• Ancho, longitud y forma de los extremos

• Bacilos grandes• Coco-bacilos• Fusiformes• Filamentosos• Curvos

Agrupación

Depende de dos factores:• Plano (s) en que ocurre la división celular.• Tendencia de las células hijas a permanecer unidas entre sí.


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Agrupaciones presentes en los cocos

• Diplococos: cocos en pares

• Estreptococos: cocos en

cadenas• Estafilococos: cocos en racimos

• Tetracocos: cocos en tetradas

•

Sarcinas: cocos en disposicióncúbica


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Disposiciones presentes en los Bacilos

• Bacilos aislados

• En cadena

• En pares

•

En empalizada o en paquetesde cigarrillos (debido a un giro

de 180°)

• Dos bacilos en ángulo ( en

forma de letra V ó L)• Varios bacilos formando “letras

chinas”


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Ultra-Estructura de la Célula Bacteriana

Cápsula

Pared celular

Membrana celular

Plásmido

Citoplasma

Cromosoma

Pared celular

Inclusionescitoplasmáticas

Cápsula

Membrana celular

Fimbrias

Flagelos

Ribosomas

Tomado de: Microbiology an Introduction. Tortora y col, 2010


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Envoltura Celular Reino Eubacterias(“Bacterias verdaderas”)

• Denominada también Cubierta celular

• Conjunto de capas integrales que rodean a la célula

• Tiene a su cargo diversos procesos celulares que se llevan a cabo en los organelos

internos de las células eucariotas

• Sitio primario de las funciones que protegen a las bacterias contra amenazas

químicas y biológicas

• Conjuntamente con los apéndices, la cubierta hace posible que las bacterias

colonicen superficies

Cápsula

Pared celular

Membrana citoplasmática


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• Capa de polímero viscoso, gelatinoso, que rodea a la

célula (externo a la pared celular)

•

Constituido por polisacáridos, polipéptidos o ambos• Consistencia compacta y fuertemente unido a la pared

celular, el glicocálix se denomina Cápsula

• Red laxa débilmente unida a la pared celular, se

denomina “Capa slime” (Capa de Limo)


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Cápsula

Cápsula


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Cápsula Funciones

Antígeno capsular (Ag K)

Contribuye a la virulencia bacteriana

Protege a la célula de la fagocitosis

Participa en la adherencia bacteriana a

superficies

Previene la deshidratación celular

Reservorio de nutrientes

Depósito de productos de desecho

excretados por el metabolismo celular

Cápsula


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Pared Celular. Características

• Estructura compleja y semirígida responsable de la

configuración de la célula.• Rodea a la frágil membrana plasmática (citoplasmática)

subyacente y protege a esta membrana y al interior de lacélula de los cambios adversos del medio externo.

•

Presente en la mayoría de los procariotas• Difícil de observar por microscopía óptica

• Grosor variable: 10 a 25 nm.• Representa 10 – 40% del peso seco celular • Constituyente básico: peptidoglucano o mureína que puede ser una

estructura solitaria o estar combinada con otras sustancias.• Su composición y estructura química permite clasificar las bacterias

en cuatro grupos: Gram positivas, Gram negativas, Gram variables y noreactivas a la coloración.


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Pared Celular: Funciones

• Mantiene la forma celular

• Previene la lisis osmótica

• Esencial para el desarrollo y división bacteriana

• Contiene componentes que contribuyen a su

patogenicidad (virulencia de algunas especies de

bacterias)

• Puede proteger a la célula frente a sustancias tóxicas

• Es el sitio de acción de ciertos antibióticos


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Estructura del Peptidoglucano

N-Acetil-glucosamina (NAG)

Ácido N-Acetil-murámico (NAM)

Cadena peptídica lateral

Puentes peptídicos cruzados

Cadena tetrapeptídica lateral

Puente peptídico cruzado

Esqueletocarbonado



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Entrecruzamiento del Peptidoglucano



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Pared Celular Gram Positiva

•

Varias capas de peptidoglucano (90%)• Contiene ácidos teicoicos• Posee carga negativa• Hidrofílica• Barrera para moléculas con carga positiva

ÁcidoLipoteicoico

Peptidoglucano

Membranacelular

Ácidos TeicoicosProteínasasociadas a laPared


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Ácidos Teicoicos: Pared Celular Gram Positiva.Características

Griego teichos (pared)

• Polisacáridos presentes

exclusivamente en la paredcelular Gram positiva

• Contienen glicerolfosfato oresiduos de fosfato de ribitol,

unidos por ésteres de fosfatoy, generalmente, se les unenotros azúcares y D-alanina


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Ácidos Teicoicos: Funciones

• Aportan la carga negativa neta de la superficie celular

• Regulan el movimiento de cationes

• Previenen la lisis celular

• Especificidad Antigénica. Identificación bacteriana

• Pueden ser: Ácidos teicoicos propiamente dichos

Ácidos lipoteicoicosÁcidos teicurónicos


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Pared Celular Gram Negativa• Membrana externa: Lipoproteína (Braun), Lipopolisacárido(LPS),

Fosfolípidos.

• Espacio periplásmico: Capa delgada de peptidoglucano (10%)


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Membrana Externa (Pared Celular Gram Negativa)

•

Carga fuertemente negativa• Evade la fagocitosis y la acción del complemento• Provee una barrera para ciertos antibióticos, enzimas, detergentes,

metales pesados, sales biliares y colorantes•

Permite el paso de nutrientes (porinas)• Porta receptores para fagos• Propiedades patogénicas

Lipoproteína de Braun (Pared Celular Gram Negativa)

• Proteína más importante de la membrana externa• Conocida también como lipoproteína de mureína• Proteína pequeña (Peso molecular ~ 7.200)•

Sirve para anclar la membrana externa a la capa de peptidoglucano


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Lipopolisacárido (LPS) (Pared Celular Gram Negativa)

• Núcleo polisacárido o centro (KDO)• Polisacárido O: Antígeno somático.

Identificación de especies• Lípido A: Endotoxina


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Lipopolisacárido (LPS)Efecto sobre mamíferos

• Pirogénico

• Modificación en el recuento de células sanguíneas

• Coagulación intravascular diseminada (CID)

• Factor de necrosis tumoral

• Disminuye la presión arterial

• Colapso vascular• Shock

á


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Espacio Periplásmico

• Delimitado por la membrana externa y la interna (membrana celular)•

Mide entre 12-15 nm• Consistencia gelatinosa• Contiene:

Capa de peptidoglicanoProteínas que intervienen en el transporte de nutrientes necesariospara la célula

Enzimas hidrolíticas: fosfatasas, proteasas, endonucleasasProteínas de unión: azúcares, aminoácidos, iones inorgánicos y

vitaminasQuimiorreceptoresEnzimas detoxificantes (β-lactamasas)Proteínas de protección osmótica (solutos compatibles): sintetizadas

en medios hiperosmóticos para balancear el stress osmótico.


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Comparación Pared Celular Gram Positiva y GramNegativa


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Comparación Pared Celular GramPositiva y Gram Negativa

• La PCGN es químicamente más compleja que la PCGP

• La PCGP contiene más aminoácidos que la PCGN

•

Los ácidos teicoicos son exclusivos de las PCGP• El contenido de lípidos de la PCGN es superior al de las PCGP

• El LPS, membrana externa y espacio periplásmico son

exclusivos de la PCGN

• En las PCGN, el peptidoglucano constituye una fracción

mucho más pequeña del total de la pared, en comparación a

la PCGP


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Paredes Celulares Atípicas

• Micoplasmas: bacterias atípicas desprovistas de paredcelular, presentan pleomorfismo.

P d C l l Atí i


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Arqueobacterias metanógenasPseudomureína (NAG-Ac N-acetil-talosaminurónico, unidos por enlaces tipo 1,3)


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Otras Arqueobacterias: polisacáridos, glicoproteínas

o proteínas (Methanosarcina)

Polisacáridos presentes: glucosa, ácido glucurónico,

galactosamina, acetato

Residuos de sulfato (Halococcus)


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Paredes Celulares Atípicas (Arqueobacterias)

Estructura Química de la Pared Celular en Halococcus

P d C l l Atí i


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Micobacterias (BAR)Paredes Celulares Atípicas


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Micobacterias: Paredes Celulares Atípicas

Pared celular con peptidoglucano y gran cantidad de

ácidos micólicos (60%)

NaG es sustituido por N-glucolil-murámico

Peptidoglucano unido al arabinogalactano (polímero de

arabinosa y galactosa) por enlaces glicolípidos


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Paredes Celulares Atípicas Micobacterias

Ac. Micólicos unidos a la fracción murámico por medio de enlaces

fosfo-diester

Dimicolatos de trehalosa (factor cordón)

Sulfolípidos y micósidos Lipo-arabino-manano (LAM): anclado a la membrana celular .

Equivalente al LPS Gram negativo

Cepas virulentas: LAM unido a residuos de manosa (Ara-LAM)

Proteínas inmunorreactivas: utilizadas con fines diagnósticos (PPD)

Glicolípidos

Virulencia

Coloración de Gram


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Coloración de Gram


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Coloración de Zielh Neelsen

C l ió Zi hl N l


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Coloración Ziehl Neelsen


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Membrana Celular: Características

• Barrera crítica

• Mide aproximadamente 7- 8 nm de espesor

• Membrana unitaria típica

• Compuesta por:

60-70% proteínas

20-30% lípidos

Hidratos de carbono (pequeñas cantidades)

• Estructura dinámica


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Membrana Celular: Características

• Generalmente, no contiene esteroles (Hopanoides)• Estructura: modelo mosaico fluido

• Representa aproximadamente el 30% o más del peso seco celular

• Se tiñe con colorantes básicos


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Membrana Celular: Estructura

Porina

Proteínaintegral

F o s f o l í p i d o s

Proteínaperiférica

Citoplasma


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Membrana Celular: Funciones

• Permeabilidad selectiva y transporte

de solutos

• Transporte de electrones y

fosforilación oxidativa

• Genera la fuerza protón motriz (FPM)

para el movimiento celular

• Excreción de exo-enzimas hidrolíticas

Barrera permeable: previene la salida y funciona comouna “puerta” para el transporte de nutrientes alinterior y exterior celular

Anclaje de proteínas: sitio de unión de proteínasinvolucradas en el transporte, bioenergética yquimiotaxis celular

Conservación de energía: sitio de generación y usode la fuerza protón motriz


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Membrana Celular: Funciones

•

Degradación de nutrientes y producción de energía• Porta enzimas y moléculas transportadoras que intervienen en la

biosíntesis de ADN, polímeros de la pared celular y lípidos de

membrana

• Porta receptores de membrana y otras proteínas de los sistemas

quimiotácticos y transducción sensorial

• Contiene los cromatóforos o tilacoides en las bacterias

fotosíntéticas


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Invaginaciones de la Membrana Celular

• Uniones de Bayer

• Mesosomas

• Cromatóforos


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Uniones de Bayer

• Sitios de adherencia entre la membrana interna y externa

(bacterias Gram negativas)

• Fisiológicamente activas:

Parte externa: sitios de adsorción de bacteriófagos y lisis mediada

por el Complemento

Parte interna: zonas de crecimiento que sirven para la translocación

de proteínas secretoras, membrana celular, LPS y polisacáridoscapsulares; sitio de emergencia para pilis sexuales y flagelos


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Uniones de Bayer


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Mesosomas

• Invaginaciones de la membrana celular

• Estructuras esféricas (microscopía electrónica)

• Se observan con mayor frecuencia en bacterias Gram negativas

• Pueden ser:

De tabique septales :

formación de paredes transversales durante la división celular

Laterales:

secreción de proteínas extracelulares

• Se cree son Artefactos producidos durante el proceso utilizado para la preparación

de la muestra para microscopía electrónica

• Se han observado en preparaciones por criofractura, por lo que podrían estar

presentes en células vivas.


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Mesosomas

Mesosomas laterales

Mesosoma de Tabique


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Cromatóforos

• Presentes en las bacterias purpúreas

• Albergan el aparato fotosintético

•

Adoptan formas variadas dependiendo de la especie• Vesículas huecas

• Repliegues concéntricos (láminas paralelas)

• Túbulos aislados o en haces


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Cromatóforos

Cromatóforos. En ésta micrografía de Rhodospirilfum

rubrum (una bacteria purpúrea) son claramente visibles

los cromatóforos.


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• Matriz interna de la célula bacteriana• Delimitado por la membrana celular (citoplasmática)• Consistencia acuosa, semi-transparente y elástica

• Está dividido en dos regiones:

Área nuclear:

Contiene el cromosoma bacteriano

Rica en ADN

Área citoplasmática:

Rica en ribosomas

Aspecto granular

Cit l


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Citoplasma

• Carece de organelos limitados por membranas unitarias• Carece de cito-esqueleto y corriente citoplasmática• Constitución:

80% aguaProteínas (enzimas)CarbohidratosLípidosIones inorgánicosOtros compuestos de bajo peso molecular

Ci l


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Citoplasma

• Sitio celular donde ocurren numerosas reacciones del

metabolismo, crecimiento y replicación celular


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•

Denominado también nucleoide, cuerpo nuclear,componente nuclear, cuerpo de cromatina

• Carece de membrana nuclear que lo delimite

• Constituido por una sola molécula de ADN de doble

cadena circular

• Compuesto: 60% ADN, algo de ARN y pequeña cantidad

de proteínas similares a las histonas

•

Representa sólo un 2-3% del peso seco celular• Ocupa el 10% o más del volumen celular

• Contiene la información genética de la especie

Cromosoma


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Cromosoma

Cromosoma

(Fibrillas de ADN)


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• Junto con el cromosoma, constituyen el genóforo

bacteriano

• Elementos genéticos extra-cromosómicos

• ADN doble cadena circular• Capacidad de replicación autónoma

• Generalmente, contienen 5-100 genes no

indispensables• Pueden transmitirse de una célula a otra

Plá id


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Plásmidos

Plásmidos


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Plásmidos

Confieren :• Resistencia a antibióticos• Tolerancia a metales pesados•

Producción de toxinas• Síntesis de enzimas• Producción de bacteriocinas• Factores de penetración a tejidos

(invasividad)• Adherencia


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• Partículas pequeñas (70S)*

• Visibles por microscopía electrónica

• Compuestas por ARN y proteínas

• Constituidos por dos subunidades:

30S (pequeña) contiene ARN 16S

50S (grande) contiene ARN 23S y ARN 5S

*S: Unidades Svedberg


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Ribosomas

• El número de ribosomas varía de acuerdo a las

condiciones de crecimiento

•

Una célula posee cerca de 10.000 ribosomas• Sitio donde ocurre la síntesis de proteínas

Matriz citoplasmática: proteínas intracelulares

Membrana celular: proteínas extracelulares


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• Acúmulos de sustancias de reservaintracitoplasmáticos, insolubles

• Agregados de varios compuestos normalmenteinvolucrados en almacenar reservas energéticas o

“bloques estructurales” para la célula• Se desarrollan cuando la célula está en presencia

de exceso de nutrientes

• Frecuentemente observados en condiciones delaboratorio


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Inclusiones Citoplasmáticas

•

Gránulos: – Volutina (polifosfatos): gránulos

metacromáticos

– Lípidos: Ácido poli--hidroxibutírico (PHB), poli--hidroxialcanoatos (PHA),

– Hidrocarburos

– Carbohidratos: glucógeno yalmidón

– Azufre

– Cianoficina (polímero de arginina

y aspartato)

– Sales minerales (carbonatos)

– FicobilisomasPoli-β-hidroxibutírico

Gránulos de azufre

Gránulosmetacromáticos

I l i Cit l áti


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Inclusiones Citoplasmáticas• esícul s

–

Gasíferas: Flotabilidad de bacterias acuáticas – Carboxisomas: Enzimas fijadoras del CO2

– Magnetosomas: Acúmulos de magnetita (Fe3 O4)

Actúan como magnetos

Protegen a la célula de la

acumulación de H2O2 in vivo

– Clorosomas: pigmentos antena de bacterias

fotosintéticas verdes

Magnetosomas Carboxisomas

Vacuolas de gas


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• Cápsula (Glicocálix)

• Flagelos

• Pilis o Fimbrias

Cápsula

Pilis Flagelos


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Flagelos

Detectables por:

Microscopía de campo oscuro

Microscopía de contraste de fases

Microscopía electrónica

Microscopía óptica (Preparaciones especiales)

Funciones: Motilidad

Quimiotaxis


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Flagelos


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Estructura del Flagelo


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Flagelos: Disposición Celular

Monotrica Anfitrica

Lofotrica Peritrica


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Motilidad Bacteriana

Flagelos (principalmente)Filamento axial (espiroquetas helicoidales)

Deslizamiento sobre superficies sólidas (in vitro):

mixobacterias, cianobacterias y micoplasmas

Los procariotas son capaces de moverse y lohacen por alguno de estos sistemas:


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Movimiento Flagelar

El mecanismo exacto que dirige la rotación del

cuerpo basal no se ha establecido con claridad.

El flujo de protones que pasa por los dos anillos o

entre el cuerpo basal y las proteínas de membrana

circundantes producen la rotación.

Las proteínas Mot A y Mot B transportan protones y se

piensa que participan en este mecanismo.

Al parecer, el ATP no aporta directamente la energía

necesaria para la rotación flagelar.


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Movimiento Flagelar

1. El filamento tiene forma de hélice rígida y la bacteria se mueve cuando esta hélice gira.

2. La dirección de la rotación flagelar determina la naturaleza del movimiento bacteriano

3. En bacterias monotricas, el flagelo polar gira en dirección contraria a las agujas del reloj.

4. En bacterias peritricas, ocurre de manera similar, y los flagelos forman un haz giratorio que impulsa la

célula hacia delante.

5. La rotación de los flagelos en el sentido de las agujas del reloj, altera la polarización y la célula da

volteretas.

RotaciónSR

Peritrica Polar

Rotación CSR

Rotación CSR Mechón de FlagelosRotación CSR

Mechón de FlagelosRotación CSR

Voltereta

Flagelosseparados

Rotación SR


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Taxis

Movimiento de las bacterias a favor o en contra de un

estímulo en particular

Estímulo: Químico (Quimiotaxis)

Luz (Fototaxis)

Magnético (Magnetotaxis)

Si la señal quimiotáctica es positiva: Atrayente

Si la señal quimiotáctica es negativa: Repelente


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Quimiotaxis

Movimiento hacia sustancias atrayentes y de alejamiento de repelentes.

Las sustancias atrayentes y repelentes se detectan por quimio-receptores (proteínasespeciales) ubicadas en el espacio periplásmico o en la membrana celular

(citoplasmática)

En ausencia de un gradiente químico, las bacterias se mueven al azar; mientras que en

presencia de gradiente atrayente, realiza “carreras” más largas y da volteretas con

menos frecuencia.

Voltereta

Carrera

Carrera

Voltereta

Atrayente


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Filamento Axial

Presente en espiroquetas:

Treponema spp., Borrelia spp.y Leptospira spp.

Apéndices filiformes que se encuentran en el espacio periplásmico

Se originan en polos opuestos y se superponen en el centro sin presentar

conexiones evidentes Espiroqueta

Permiten el movimiento por

desplazamiento en ondas

helicoidales


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Filamento Axial

Penetran en medios viscosos y tejidosAl rotar contra el cuerpo de la célula, le

imparten un movimiento de arrollamiento

helicoidal opuesto en rotación al del girodel filamento axial.

Movimiento similar al de un sacacorchos.

Vaina externa

Pared celular

Filamento axial

Filamento

axial

Pared celular

Vaina externa

http://www.youtube.com/watch?v=nD2TuM1EsDc


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Pilis

Denominados también: pelos,

fimbrias o fibrillas.Apéndices bacterianos de aspecto

filiforme

Diámetro: 0.004 a 0.008 µm

Sólo se pueden observar conmicroscopio electrónico

Presentes en bacterias Gramnegativas

Composición proteica: Pilina

Más numerosos y cortos que losflagelos

Fimbrias

Flagelos


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Pilis

Funciones:

Adherencia (Factores de colonización)Transferencia de material genético (Pilis sexual)

Categorías: Adhesinas

Lectinas

Evasinas

Agresinas

Pilis sexualesPilis sexual

Esporas


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Célula en estado de latencia

Capacidad germinativa

Baja concentración hídrica

Altamente resistente a la desecación,

calor y agentes químicos

Alta concentración de calcio y ácido

dipicolínico

Altos niveles de pequeñas proteínas

ácido-solubles (SASPs)

Células vegetativas Esporas libres

Espora


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Espora: SASPs

Contiene altos niveles de proteínas específicas del core

denominadas Small Acid-Soluble Spore Proteina (SASPs)

Codificadas por genes spo, sspProtegen el ADN bacteriano del daño potencial de la

radiación UV, la desecación y el calor seco

Sirven como fuente de carbono y energía para el desarrollo

de una nueva célula vegetativa a partir de la endospora

(germinación)


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Esporas

Géneros esporulados:

Bacillus

Clostridium

Localización de la espora:

Terminal

Central

Sub-terminal

E P t C tit t


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Espora: Partes Constituyentes

Centro (6)

Pared de la espora (4)

Exosporio (3)

Corteza (2)

Capa (1)

2. Capa más gruesa, contiene peptidoglucano

especial con menos enlaces cruzados, sensiblea lisozima y su autólisis es clave para lagerminación

1. Proteina similar a la queratina, capaimpermeable, confiere resistencia a los agentesquímicos

3. Naturaleza lipoproteica, contiene algunoscarbohidratos

4. Capa más interna, contiene peptidoglucanonormal y se convierte en la PC de la célulaen germinación

5. Citoplasma de la espora. Contiene ácidodipicolínico y Calcio, posee además, un

sistema generador de energía (3-fosfoglicerato) para la germinación

ADN

Ribosomas

Esporulación: Definición Requisitos


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Proceso mediante el cual una célula vegetativa da origen a una célula enestado de latencia (espora).

La bacteria debe estar ávida denutrientes importantes (carbono,

nitrógeno y fósforo) La bacteria debe tener alta densidad

para permitir la secreción y reconocimiento del factor 1 dediferenciación extracelular (EDF-1)

La bacteria debe encontrarse en faseestacionaria de crecimiento


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Ciclo de Esporulación


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Germinación: Definición Características

Proceso mediante el cual una espora da origen a una célula

vegetativa metabólicamente activa. Etapas:

Activación: calor, abrasión, acidez y compuestos con grupos SH

libres

Inicio: condiciones ambientales favorables, efector (L-alanina o

adenosina), activa autolisinas, degradan el peptidoglucano

cortical. Captación de agua, se libera ácido dipicolínico y se

degradan enzimáticamente algunos componentes de la espora.

Excrecencia o Crecimiento: aparición de una nueva célula

vegetativa, metabólicamente activa con capacidad de dividirse

Célula vegetativa y Espora: Diferencias


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Célula vegetativa y Espora: Diferencias

Característica Célula vegetativa Espora

Estructura Célula Gram positiva típica Centro, Corteza, capa, exosporio, pared

Apariencia microscópica No refringente Refringente

Contenido cálcico Bajo Alto

Ácido dipicolínico Ausente Presente

Actividad enzimática Alta Baja

Metabolismo (captación de O2) Alto Bajo o ausente

Síntesis de macromoléculas Presente Ausente

ARNm Presente Escaso o ausente

Resistencia al calor Baja Elevada

Resistencia a la radiación Baja Elevada

Resistencia a compuestos químicos Baja Elevada

Capacidad de tinción Fácil tinción Difícil, sólo con métodos especiales

Efecto de la lisozima Sensible Resistente

Contenido de agua Elevado, 80-90% Bajo, 10 – 25%

Pequeñas proteínas solubles en agua Ausentes Presentes

pH citoplasmático Aproximadamente pH 7 Aproximadamente p H 5.5 – 6.0 (centro)


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Otras Diferenciaciones Celulares

Vainas:Estructuras tubulares

Heteropolímeros (proteínas, lípidos y polisacáridos)

Engloba conjuntos de células bacilares

Presentes en arqueobacterias

Prostecas:

Prolongaciones semi-rígidas

Diámetro menor al celular

Rodeados por membrana y pared celular Funciones reproductivas y de unión a sustratos


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Botones de Anclaje:

Acúmulos de polisacáridosPared celular, extremos de prostecas,pedúnculos, tallos inertes

Facilitan la unión a sustratos

Presentes en el género Caulobacter

Tallos o Pedúnculos:

Estructuras filamentosas

Terminados en botones de anclaje (discosadhesivos)

Secreción continua de polisacáridos

Unión a sustratos sólidos (medios acuáticos)

Género Gaionella


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Cuerpos Fructificantes: presentes enmixobacterias. Constituyen estructuras quecontienen en su interior un tipo de célulaespecializada, denominada mixospora

Hifas: f ilamentos cenocíticos

ramificados de los actinomicetos,similares a las hifas de los hongos

Célula madre

Hifa

Hifa


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Capa S

Capa sobre la superficie celular bacteriana

Común en arqueobacterias

Modelo estructural similar a las baldosas de un suelo

Constituida por proteínas y glucoproteínas

Bacterias Gram negativas: se adhiere directo a lamembrana externa

Bacterias Gram positivas: asociadas a la superficie delpeptidoglucano

Protección frente a fluctuaciones iónicas y de pH, estrés

osmótico, enzimas, bacterias predadoras (Bdellovibrio) ,fagocitosis, complemento

Contribuye a la virulencia

Capa S


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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE MEDICINA


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MARACAIBO, SEPTIEMBRE DE 2013.

Lic. Liliana Gómez Gamboa (Mg.Sc.)

FACULTAD DE MEDICINA ESCUELA DE MEDICINA

UNIDAD CURRICULAR: BACTERIOLOGÍA Y VIROLOGÍA


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ESTRUCTURA Y

FUNCIÓN DELMATERIALGENÉTICO

GENOTIPO YFENOTIPO

ADN YCROMOSOMAS

FLUJO DE LAINFORMACIÓN

GENÉTICA


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REPLICACIÓN DEL

ADN

• Transcripción• Traducción

ARN Y SÍNTESIS DEPROTEÍNAS

• Represión einducción• Mutación

REGULACIÓN DE LAEXPRESIÓN GENÉTICA

BACTERIANA


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• Transformación• Conjugación• Transducción• Plásmidos y

transposones

TRANSFERENCIA Y

RECOMBINACIÓNGENÉTICA

GENES YEVOLUCIÓN

BIOTECNOLOGÍA Y

ADNRECOMBINANTE

G é iLa información genética


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Genética

Ciencia de la herenciaque estudia los genes ,

transporte de lainformación genética,

replicación ytransmisión a

generaciones ulterioresy expresión de la

información dentro deun organismo.

gcontenida en una célulase denomina GENOMA.

El genoma de unacélula bacteriana

incluye suscromosomas y

plásmidos

Los CROMOSOMAS sonestructuras que

contienen ADN y quefísicamente portan

información hereditaria.Contienen los genes.

Los GENES son segmentos de ADN (excepto algunos virus) que codifican productos funcionales.

GENOTIPO YFENOTIPO


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FENOTIPOEl GENOTIPO de un organismo es suconstitución genética (su colección de genes,su ADN completo), la información que codificala totalidad de las características particularesdel organismo.

El FENOTIPO se refiere a las propiedades reales y expresadas, como la capacidad del organismo de

llevar a cabo una reacción química particular.Es la manifestación del genotipo. Es la colecciónde proteínas de un organismo.

ADN YCROMOSOMAS


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Las bacterias tienen un cromosoma circular único formado por

una sola molécula circular de ADN asociada con proteínas. El genoma bacteriano es el conjunto total de genes que portauna bacteria tanto en su cromosoma como en sus elementosgenéticos extracromosómicos.

E. coli el cromosoma consta deuna sola molécula circular bicatenariade ADN que contiene aprox. 4,6millones de pares de bases y casi 1mm de longitud, o sea que es 1000

veces más largo que la célulacompleta. Sin embargo, el cromosomasólo constituye alrededor del 10% del volumen de la célula porque el ADNestá retorcido o superenrollado.

FLUJO DE LAINFORMACIÓN

É

La replicación del ADN posibilita el flujo de lainformación genética de una generación a la siguiente


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GENÉTICA información genética de una generación a la siguiente.


REPLICACIÓN DEL ADN En la replicación del ADN una molécula de ADN“parental” de doble cadena se convierte en dos


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La clave para entender la replicación delADN es la estructura complementaria delas secuencias de bases nitrogenadas enla molécula de ADN

una cadena actúacomo molde para la formación de la otra

cadena.

p

moléculas “hijas” (primera copia) idénticas.

La doble hélice del ADN parental sesepara cuando se rompen los enlaces

de hidrógeno débiles que unen losnucleótidos en las cadenas opuestasen respuesta a la acción de lasenzimas de replicación.


REPLICACIÓN DEL ADN


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A continuación se forman enlaces dehidrógeno entre nucleótidoscomplementarios nuevos y cadacadena del molde parental, para formar nuevos pares de bases. Ciertas

enzimas catalizan la formación de losenlaces azúcar-fosfato entre lossucesivos nucleótidos en cada una delas cadenas hijas (primera copia).



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Las dos cadenas de ADN sonantiparalelas. El esqueletoazúcar-fosfato de una cadenaestá invertido en relación con elesqueleto de la otra.

Tomado de: Microbiology an Introduction.

Tortora y col, 2010

ENZIMAS IMPORTANTES EN LA REPLICACIÓN, EXPRESIÓN Y REPARACIÓN DEL ADN

ADN girasa Relaja el superenrollamiento por delante de la horquilla de replicación


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ADN girasa Relaja el superenrollamiento por delante de la horquilla de replicación

ADN ligasa Forma enlaces covalentes para unir las cadenas de ADN

ADN polimerasaSintetiza ADN; corrige y repara el ADN

Endonucleasas Corta el esqueleto de ADN en una cadena de ADN; facilita la reparación y lasinserciones

Exonucleasas Corta el ADN desde un extremo expuesto del ADN; facilita la reparación

Helicasa Desenrolla las dos cadenas de ADN

Metilasa Agrega grupos metilo a bases seleccionadas en el ADN recién sintetizadoFotoliasas Utiliza la energía de la luz visible para separar los dímeros de pirimidina inducidos

por la luz UV

Primasa Forma cebadores de ARN a partir de un molde de ADN

Ribozima Enzima con ARN que elimina intrones y empalma exones

ARN polimerasa Copia ARN a partir de un molde de ADN

Topoisomerasa Relaja el superenrollamiento por delante de la horquilla de replicación; separa loscírculos de ADN al final de la replicación del ADN

Transposasa Corta el esqueleto de ADN y deja “extremos cohesivos” formados por una solacadena


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Las proteínasestabilizan el ADNparental desenrollado

La cadena conductoraes sintetizada deforma continua por laADN polimerasa

Las enzimasdesenrollan la doblehélice parental

La ADN ligasa une losfragmentosdiscontinuos de lacadena retrasada

La cadena retrasada se sintetizade forma discontinua. La ARNpolimerasa sintetiza un ARNcebador corto, que luego esampliado por la ADN polimerasa

La ADN polimerasadigiere el ARNcebador y loreemplaza por ADN




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La síntesis de ADN de novo se produce

en horquillas de crecimiento y avanza enambas direcciones. La síntesis de ADNtiene lugar de manera continua ensentido 5' a 3' (cadena adelantada) o enfragmentos (cadena rezagada).

Durante la fase logarítmica de crecimiento en un medio rico, puedentener lugar numerosos «inicios» del proceso de replicación

cromosómica antes de que tenga lugar la división celular.Este proceso genera una serie de nidos de burbujas en loscromosomas hijos, cada uno de los cuales contiene su propio par dehorquillas de crecimiento para efectuar la síntesis de una nuevamolécula de ADN.

REPLICACIÓN DEL ADNModelo bidireccional alrededor


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del cromosoma

Tomado de: Microbiology an Introduction.Tortora y col, 2010

ARN Y SÍNTESIS DEPROTEÍNAS


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La ARN polimerasa se uneal promotor y el ADN sedesenrolla al comienzo deun gen.

El ARN se sintetiza por apareamiento de basescomplementarias de losnucleótidos libres con lasbases nucleotídicas sobre

la cadena molde de ADN.

El sitio de síntesis sedesplaza a lo largo delADN; se desenrolla elADN que se ha transcrito.

La transcripción alcanza

el terminador.

El ARN y la ARNpolimerasa se liberan y sevuelve a formar la hélicede ADN.



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Se reúnen los componentesnecesarios para comenzar latraducción.

En el ribosoma un ARNt quetransporta el primer aminoácido seaparea con el codón de iniciación enel ARNm. Un ARNt que transporta el

segundo aminoácido se aproxima.



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El lugar del ribosoma donde se

asienta el primer ARNt se denominasitio P. En el sitio A que le sigue elsegundo codón del ARNm seaparea con un ARNt que transportael segundo aminoácido.

El primer aminoácido se une alsegundo por medio de un enlacepeptídico y se libera el primer ARNt.



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El ribosoma se desplaza a lo largodel ARNm hasta que el segundoARNt se encuentra en el sitio P y elproceso continúa.

El ribosoma continúa sudesplazamiento a lo largo del ARNm yse acoplan nuevos aminoácidos alpolipéptido.



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Cuando el ribosoma alcanza uncodón de terminación se libera elpolipéptido.

Por último, se libera el último ARNt yel ribosoma se separa. El polipéptidoliberado forma una nueva proteína.


REGULACIÓN DE LAEXPRESIÓN

É

La maquinaria genética de una célula ysu maquinaria metabólica están


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GÉNICABACTERIANA

su maquinaria metabólica estánintegradas y son interdependientes.

La característica común de todas lasreacciones metabólicas es que soncatalizadas por enzimas y la inhibiciónpor retroalimentación detiene a lasenzimas que ya son sintetizadas.

MECANISMOS PARA EVITARLA SÍNTESIS DE ENZIMASQUE NO SON NECESARIAS.

Los genes, a través de la transcripción

y la traducción, dirigen la síntesis deproteínas, muchas de las cualesfuncionan como enzimas (utilizadaspara le metabolismo celular)

La síntesis de proteínas requiere unenorme gasto de energía, por lo que suregulación es importante para laeconomía de la energía celular.

La célula conserva energía mediante lasíntesis exclusiva de las proteínas

necesarias en un momento particular.

REPRESIÓN E

Regulan la transcripción y por consiguiente lasíntesis de enzimas.


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INDUCCIÓN Controlan la formación y la cantidad de enzimasen la célula, no las actividades de las enzimas.

Proceso que activa la transcripción deun gen o de varios genes.INDUCTOR

sustancia que induce latranscripción de un gen.

ENZIMAS INDUCIBLES enzimas quese sintetizan en presencia deinductores.En estado basal, un gen inducible estáinactivado.

Mecanismo que inhibe la expresióngénica y disminuye la síntesis deenzimas.Suele ser una respuesta al exceso de

un producto final de una vía metabólicay provoca la disminución de lavelocidad de síntesis de enzimas queconducen a la formación de eseproducto.Mediada por REPRESORES bloquean la capacidad de la ARNpolimerasa de iniciar la transcripción delos genes reprimidos.En estado basal un gen reprimible estáactivado.

LOS DETALLES DEL CONTROLDE LA EXPRESIÓN GÉNICA

se describenmediante el


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DE LA EXPRESIÓN GÉNICAPOR INDUCCIÓN Y REPRESIÓN

FRANÇOIS JACOB YJACQUES MONOD

formuladoen 1961 por

REGULACIÓN DE LASÍNTESIS DEPROTEÍNAS

ESTUDIOS DE LA INDUCCIÓN DELAS ENZIMAS DEL CATABOLISMO

DE LA LACTOSA EN

ESCHERICHIA COLI tales enzimas son

β-galactosidasa acetilasa

Metaboliza ciertosdisacáridos distintosde la lactosa

lac permeasa

Participa en el transporte de lalactosa a la célula

Los genes para las tres enzimas que participan en lacaptación y la utilización de la lactosa están próximos

entre sí en el cromosoma bacteriano y se regulan juntos.


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Estructura del operón. El operón consta de los sitios promotor (P) yoperador (O) y de los genes estructurales que codifican la proteína.El operón está regulado por el producto del gen regulador (I).



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Represor activo, operón inactivo. La proteína represora se une conel operador e impide la transcripción del operón.




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Represor inactivo, operón activo. Cuando el inductor alolactosa se une a laproteína represora el represor inactivado ya no puede bloquear latranscripción. Los genes estructurales se transcriben y por último dancomo resultado la producción de las enzimas necesarias para el

catabolismo de la lactosa.

•

Regulación de la expresión

genéticaCONTROL DE LATRANSCRIPCIÓN


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genética TRANSCRIPCIÓN

En respuesta a un estímulo nutricional, la organización de los genes deuna ruta bioquímica en un operón dotado de unos mecanismos de controlgenético adecuados permite la producción coordinada de las enzimasnecesarias.

La transcripción del gen es regulada directamente por unas proteínasrepresoras (que se unen a los operadores) como respuesta a señalesnutricionales en el interior de la célula.

La velocidad de síntesis de las proteínas por el ribosoma puede regular elproceso de transcripción en los procariotas.

•

Regulación de la

transcripciónCONTROL DE LA

TRANSCRIPCIÓN


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transcripciónSC C Ó

El inicio de latranscripción

puede estarsometido a unosmecanismos de

control positivo onegativo.

Los genessometidos a un

control negativo seexpresan a menosque una proteína

represora losdesconecte.

Esta proteína impide laexpresión del gen al

unirse a una secuenciaespecífica del ADN

(operador) lo que impideque la polimerasa de ARNinicie la transcripción en

el promotor.

•

Regulación de la

transcripciónCONTROL DE LA

TRANSCRIPCIÓN


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transcripción

Los genes cuya expresión se encuentra sometida a un control positivotan sólo se transcriben en presencia de una proteína reguladora activa(apoinductor) que se une a una secuencia específica de ADN y colaboracon la polimerasa de ARN en los pasos iniciales mediante un mecanismodesconocido.

• La introducción de un sustrato en elmedio de crecimiento induce un aumentode la expresión por parte del operón delas enzimas necesarias para elmetabolismo de dicho compuesto.

OPERÓNINDUCTOR

• La acumulación de los productos finales(corepresores) de una ruta puede señalarla necesidad de desconectarla oreprimirla mediante una disminución de lasíntesis de sus enzimas.

OPERÓNREPRESIBLE

La velocidad y eficiencia dela síntesis de proteínaspueden estar controladas

por otros factores, como laestructura del ARNm o lasconcentraciones celularesdel ARNt y de ciertosaminoácidos.

MUTACIÓN: CAMBIO ENEL MATERIAL GENÉTICO

• TIPOS DE MUTACIONES• MUTÁGENOS• FRECUENCIA DE LAS


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• FRECUENCIA DE LASMUTACIONES

• IDENTIFICACIÓN DE MUTANTES

• IDENTIFICACIÓN DECARCINÓGENOS QUÍMICOS

CUALQUIER MODIFICACIÓN O CAMBIO ENLA SECUENCIA DE BASES DEL ADN UNCAMBIO EN LA SECUENCIA DE BASES DEUN GEN EN OCASIONES PRODUCIRÁ UNCAMBIO EN EL PRODUCTO CODIFICADOPOR ESE GEN.

TRANSICIÓN Cambio de una purina opirimidina por otra purina o pirimidina. TRANSVERSIÓN cambio de purina por pirimidina o viceversa.

Una única base en unpunto de la secuenciadel ADN es sustituida

Cuando la sustitución debases produce una sustituciónde aminoácidos en la proteína

sintetizada


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MUTACIÓN PUNTUAL(SUSTITUCIÓN DE

BASES)

MUTACIONES DECAMBIO DEL MARCO

DE LECTURA

MUTACIONESESPONTÁNEAS

Mutación de

cambio desentido

Mutaciónterminadora

por otra base diferente

Cuando la sustitución debases produce un codón de

terminación

Las sustituciones de bases y las mutaciones de cambio delmarco de lectura pueden aparecer de forma espontánea debidoa errores ocasionales durante la replicación del ADN. Suceden

en ausencia de agentes productores de mutaciones.

SUSTITUCIÓN DE



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BASES

TIPOS DE MUTACIONES Y SUS EFECTOS SOBRE LASSECUENCIAS DE AMINOÁCIDOS DE LAS PROTEÍNAS


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Molécula de ADN normal

Mutación de cambio de sentido

Es cuando la sustituciónde bases produce unasustitución deaminoácidos en la proteínasintetizada.

TIPOS DE MUTACIONES Y SUS EFECTOS SOBRE LASSECUENCIAS DE AMINOÁCIDOS DE LAS PROTEÍNAS


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Mutación de terminación

Mutación de cambio del marco de lectura

Cuando una sustitución debases produce un codónde terminación.

Cuando un par denucleótidos o algunospares de nucleótidospesentan deleción o seinsertan en el ADN.


RADIACIÓN


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• Ácido nitroso• Análogos de

los nucleósidos

QUÍMICOS

• Rayos X• Rayos gamma• Luz UV

RADIACIÓN

Ácido Nitroso (HNO2) como mutágeno

Agentes ambientales que deforma directa o indirectacausan mutaciones

Análogos de nucleósidos y basesnitrogenadas que reemplazan


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La 2-aminopurina se incorpora al ADN en lugar de la adenina pero puede aparearse conla citosina de modo que un par AT se convierte en un par CG.

El 5-bromouracilo se usa como droga anticancerosa porque las enzimas celulares lo reconocenen forma errónea como timina pero se aparea con citosina. En la siguiente replicación del ADN,un par AT se convierte en un par GC.

Creación y reparación de un dímero detimina causado por la luz ultravioleta


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La exposición a la luz UV determina que lastiminas adyacentes se entrecrucen y formen un

dímero de timina (enlace covalente lesivo entreciertas pares de bases) que altera suapareamiento normal de bases y pueden causar daños graves o la muerte de la célula debido aque ésta no puede transcribir o replicar demanera adecuada el ADN.

Una endonucleasa corta el ADN y unaexonucleasa elimina el ADN dañado.

La ADN polimerasa llena la brecha mediante lasíntesis de ADN nuevo, para la que utiliza lacadena intacta como molde.

La ADN ligasa sella la brecha remanentemediante la unión de las cadenas nueva y vieja

de ADN.

La tasa sueleestablecerse comouna potencia de 10


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• Es la probabilidad deque un gen mute

cuando una célula sedivide

Tasa de mutación

• Y debido a quelas mutaciones

son muy raras, elexponentesiempre es unnúmero negativo.

• Las mutaciones suelen producirse más o menos al azar a lo largodel cromosoma.

• La aparición de mutaciones aleatorias con baja frecuencia es unaspecto esencial de la adaptación de las especies a su ambiente.

• La evolución requiere que la diversidad genética se genere al azar y con una tasa reducida.

• Casi todas las mutaciones sonperjudiciales y es probable que


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• Por ejemplo, una mutación que confiere resistencia a los antibióticos esbeneficiosa para una población de bacterias que está expuesta de maneraregular a los antibióticos.

perjudiciales y es probable quesean eliminadas de la dotacióngenética cuando la célula

individual muere o que seanneutras. Sin embargo, algunasmutaciones son beneficiosas.

• Una vez que un rasgo de este tipo ha aparecido a través de la mutación lascélulas que portan el gen mutado tienen más probabilidades de sobrevivir y reproducirse que otras células siempre que el ambiente permanezca igual.Muy pronto la mayoría de las células de la población tendrá el gen; habrásucedido un cambio evolutivo en pequeña escala.

Los mutantes pueden detectarsemediante la selección o la


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comprobación de un fenotipo alterado.

Lo habitual esrealizarexperimentos

conBACTERIAS.

1. Reproducción rápida pueden utilizarsegrandes cantidades de microorganismos.

2. Las bacterias suelen tener una sola copia de

cada gen por célula

los efectos de un genmutado no son enmascarados por lapresencia de una versión normal del gen.

Detección de célulasmutantes poreliminación de célulasparentales nomutadas. Ejm: Selecciónde bacterias mutantes

resistentes a penicilina.

SELECCIÓNPOSITIVA(DIRECTA)

Identificación demutaciones enotros tipos degenes (réplicasen placas)

SELECCIÓNNEGATIVA

(INDIRECTA)

RÉPLICAS EN PLACASA


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Asa

Superficie deterciopelo(esterilizado)

El terciopelo estéril se

presiona sobre lascolonias que crecenen la placa madre

Placa madrecon medioque contiene

histidina

La célulascorrespondientes a cadacolonia se transfieren delterciopelo a las placas

nuevas

Placa de Petri conmedio que contienehistidinaLas placas se

incuban

Placa de Petri conmedio carente dehistidina

Mutante auxótrofa

Colonia faltante

Se compara el crecimiento en lasplacas. Una colonia que crece enel medio con histidina pero queno pudo desarrollarse en el mediosin histidina es un auxótrofo(mutante que requiere histidina)

Muchos mutágenos conocidos soncarcinógenos, sustancias que causan


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ca c óge os, susta c as que causacáncer en los animales, incluidos losseres humanos.

SELECCIÓNPRELIMINAR DECARCINÓGENOS

POTENCIALES

1. Varios mutágenos potenciales pueden ser probadoscualitativamente mediante el agregado de las sustancias químicas

individuales sobre pequeños discos del papel en una única placainoculada con las bacterias.

2. Pueden utilizarse mezclas como vino, sangre, humo condensado y extractos de alimentos para comprobar si contienen mutágenos.

Cuanto más mutagénicasea una sustanciamayor será su poder carcinogénico.

Se compara la cantidadde colonias en las placas

i l d l


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Se preparan dos cultivosde Salmonella que hanperdido su capacidad desintetizar histidina(dependientes de histidina)

Se agrega el mutágenopotencial sólo a la muestraexperimental; el extracto dehígado de rata (un activador)

se agrega a ambas muestras

Cada muestra se vierte sobre una placa de medio sinhistidina. Se incuban a 37°C durante 48 h. Sólo lasbacterias cuyo fenotipo dependiente de histidina hasufrido una mutación inversa (inversión) a sintetizador

de histidina formarán colonias.

experimental y de control.La placa de control puedemostrar algunas bacterias

con mutaciones inversasque sintetizan histidina deforma espontánea. Lasplacas de pruebamostrarán un aumentodel número de bacteriascon mutaciones inversasque sintetizan histidina sila sustancia químicaprobada en realidad es unmutágeno y uncarcinógeno potencial.Cuanto mayor sea laconcentración demutágeno utilizada mayor

será la cantidad decolonias que sufranmutación inversa.

Transferenciagénica

VERTICAL


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RECOMBINACIÓNGENÉTICA

Intercambio de genesentre dos moléculas de

ADN para formar nuevascombinaciones de genes

en un cromosoma

ENTRECRUZAMIENTO

TRANSFERENCIA GÉNICA (Vertical y horizontal)

VERTICAL

Transferenciagénica

HORIZONTAL

Paso de genes entrebacterias de manera

lateral, es decir, a otros

microorganismos de lamisma generación.

Transformación

Conjugación

Transducción

El ADN de una célulase alinea con el ADN enl él l t El

ENTRECRUZAMIENTOADN donante

C


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la célula receptora. ElADN donante tiene una

muesca.El ADN donante se alinea con los paresde base complementarios en elcromosoma receptor. Esto puedeinvolucrar miles de pares de bases.

La proteína RecA cataliza launión de las dos cadenas.

El resultado es que el cromosoma receptor contiene ADNnuevo. Los pares de bases complementarios entre las doscadenas será resuelto por la ADN polimerasa y la ligasa. ElADN donante será destruído. El receptor puede ahora tener uno o más genes nuevos.

Cromosomareceptor

Proteína RecA

Proceso mediante el cual los genes setransfieren de una bacteria a otracomo ADN “desnudo” en solución.


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como ADN desnudo en solución.Experimento de Griffith (1928)

Se le inyectaron al

ratón bacterias vivasencapsuladas

El ratón murió

Del ratón muerto seaislaron colonias debacterias encapsuladas.

Se le inyectaron al ratón

bacterias vivas noencapsuladas

El ratón permaneció sano

Se aislaron algunas coloniasde bacterias noencapsuladas del ratón; losfagocitos destruyeron lasbacterias no encapsuladas

Se le inyectaron al ratón

bacterias encapsuladasmuertas por calor

El ratón permaneció sano

No se aislaron coloniasdel ratón

Se le inyectan al ratón bacteriasvivas no encapsuladas y bacteriasencapsuladas muertas por calor

El ratón murió

Del ratón muerto seaislaron colonias debacterias encapsuladas.


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La célula receptora capta elADN de la célula donante

El ADN donante sealinea con basescomplementarias

Se produce larecombinaciónentre el ADN de lacélula donante y el

ADN de la célulareceptora

La transformación sucedenaturalmente entre muy pocos génerosde bacterias, como Bacillus,Haemophilus, Neisseria, Acinetobacter

y ciertas cepas de los géneros

Streptococcus y Staphylococcus.

Cuando una célula receptora se hayaen un estado fisiológico en el cual

puede captar el ADN donante, se diceque es competente. La competenciaes resultado de alteraciones de lapared celular que la tornan permeablea las moléculas de ADN grandes.

Mecanismo por el cual se transfiere materialgenético de una bacteria a otra.


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La conjugación es mediada por una clase de plásmido (fragmento circular de ADN que se replicaindependientemente del cromosoma de la célula).


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El ADN bacteriano se transfiere de

una célula donante a una célulareceptora dentro de un virus queinfecta a las bacterias(bacteriófagos o fago)

Fragmentos circulares autorreplicantes de ADN que contienen genes y que constituyenentre el 1% y el 5% del tamaño del cromosoma


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entre el 1% y el 5% del tamaño del cromosomabacteriano. Presentes en bacterias y algunos

microorganismos eucariotas.


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Son segmentos pequeños de

ADN que pueden trasladarse(ser “transpuestos”) de unaregión de una molécula de ADN a otra (700 a 40.000

pares de base de longitud).

Una secuencia de inserción (IS), el transposón más simple, contiene un gen para latransposasa, la enzima que cataliza la transposición. El gen de la transposasa se unea cada extremo por secuencias repetidas invertidas que funcionan como sitios dereconocimiento para el transposón. IS1 es un ejemplo de una secuencia de inserción,mostrado aquí como secuencia IR simplificada.

El transposon complejo transporta otro mater ial genético en adición a los genestransposasa. El Tn5 transporta el gen para resistencia a Kanamicina y tiene copiascompletasde la inserciónde la secuencia IS1en cada extremo.

La transposasacortael ADNy deja extremos cohesivos.

Los extremos cohesivos del transposóny el ADN diana forman una estructuraanular.


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Empleo demicroorganismos,células ocomponentes

celulares paraelaborar un producto.

En la actualidad se utilizanmicroorganismos y tambiénplantas completas como sifueran fábricas para producir

sustancias químicas que losmicroorganismos nosintetizan naturalmente.

BIOTECNOLOGÍA

Esto último es posibilitado por la

inserción de genes en las célulasmediante la tecnología del ADNrecombinante (ADNr), que a

veces se denomina ingeniería genética .


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El objetivo puede serformar copias del gen

El objetivo puede ser formarun producto proteico del gen


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Enzimas derestricción

Vectores

Reacciónen cadenade lapolimerasa

Clase especial deenzimas que cortan

el ADN presentes enmuchas bacterias.

Lo importante en las técnicas de ADN r es quela enzima de restricción reconozca y corte,o digiera, sólo una secuencia particular debases nucleotídicas en el ADN y que corteesa secuencia del mismo modo cada vez.


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Las enzimas de restriccióntípicas utilizadas en losexperimentos de clonaciónreconocen secuencias de

cuatro, seis u ocho bases.Muchas enzimas derestricción producen cortesalternados en las doscadenas de una molécula

de ADN, es decir cortes ensitios que no sondirectamente opuestosentre sí.

• Capacidad de autoreplicación.• Tamaño: que permita su manipulación fuera dela célula durante los procedimientos de ADN


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la célula durante los procedimientos de ADNrecombinante.• Forma: que proteja de la destrucción.• Presencia de un gen marcador.• Ejemplos: plásmidos, ADN viral.

Molécula de ADN


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Es una técnica que permiteamplificar rápidamentemuestras pequeñas deácido nucleíco, es decir,

aumentar su cantidad demodo que sea suficientepara poder analizarlo.


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•

Inserción de ADN extraño en lascélulas• Obtención del ADN• Selección de un clon• Formación de un producto génico

Hibridación de colonias

Tanto el ADN del plásmido comoADN extraño son cortados con lamisma enzima de restricción. El

plásmido tiene genes para la hidrólisisde la lactosa (lacZ) y resistencia aampicilina

El ADN extraño se inserta en elgen lacZ. La bacteria querecibe el vector plasmídico noproducirá la enzima ß-galactosidasa si el ADN

extraño ha sido insertado en elplásmido.

El plásmido recombinante seintroduce en la bacteria, lacual se vuelve resistente aampicilina.

Todas las bacterias tratadas sesiembran en placas de agar nutritivoque contiene ampicilina y un sustrato

de ß-galactosidasa. Se incuban. Elsustrato ß-galactosidasa se denominaX-gal.

Sólo las bacterias con el plásmido crecerán enpresencia de ampicilina. Las bacterias quehidrolizan el X-gal producen galactosa y uncompuesto índigo, el cual tiñe las coloniasbacterianas de color azul. Las colonias blancasque aparecen deben contener el ADN extraño.Las colonias azules no contienen el ADNextraño.


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Obtener


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LOS GENESCLONADOS

PUEDENAPLICARSE DE

DIVERSOS MODOS

Producirsustancias útilesde una maneramás eficiente ymenos costosa

información delADN clonado que

sea útil en el marcode la investigaciónbásica, la medicinaaplicada o lamedicina forense

Utilizar genesclonados para

alterar lascaracterísticas decélulas u órganos

• Producción de hormonas como la INSULINA y laSOMATOSTATINA.• Producción de Vacunas de subunidades (hepatitis B) yvacunas de ADN (HIV, SARS, influenza y paludismo)•

Preparación de sangre artificial (transfusiones)• Terapia génica para curación de enfermedades genéticas(hemofilia B e inmunodeficiencia combinada grave)• Interferencia por ARN (RNAi) silenciamiento génico(silencia la expresión de un gen) se introducen en unacélula ARN bicatenarios (siRNA) que se dirigen contra un gen

particular (gen viral)

inhibición del VHB

Aplicacionesterapéuticas


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Tema 3. Estructura de la célula procariota y genética bacteriana.pdf

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