Teóricos de estructura y función

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Texto completo

(1)

Unidad Temática 3. Estructura microbiana. Relación entre estructura y función. Componentes principales. Membrana celular. Pared. Función. Apéndices de superficie: pili y flagelos. Cápsula. Diferencias basadas en la estructura de la pared bacteriana. Bacterias positivas y

Gram-negativas. Mureína. Estructura. Entrecruzamientos posibles. Membrana externa. Composición. Lipopolisacárido. Estructura. Síntesis de mureína. Antibióticos que la inhiben. Mecanismo de acción de los antibióticos. Otros antibióticos. Mecanismos generales de acción de los mismos.

Unidad Temática 4. Señalización y diferenciación celular en procariotas. Mecanismo de respuesta a estímulos provenientes del medio.

Transducción de señales. Sistema regulatorio de dos componentes. Quimiotaxis. Esporas. Función. Composición. Mecanismo de la

esporulación. Otros sistemas.

(2)

Recordar:

Esta ciencia se desarrollo con la invención del microscopio y del desarrollo de una serie de estrategias experimentales fiables (esterilización, cultivos puros, perfeccionamiento de las

técnicas microscópicas, etc.)

Objeto material de la Microbiología

MO

(3)

Qué es la Microbiología……?

"El rol de lo infinitamente pequeño es infinitamente grande" L. Pasteur

La Microbiología es la ciencia que se ocupa del estudio de los organismos pequeños o microorganismos (MO), el objeto material de estudio viene

delimitado por el tamaño.

(4)

Son la forma más antigua de vida ( primeros en aparecer en la evolución

Constituyen la masa más grande de la materia viva en la TierraRol importante en los procesos químicos y biológicos, ciclos de la

materia

Otras formas de vida requieren microbios para sobrevivir

Impactan en la salud humana, fertilidad de suelos, reciclado de elementos etc.

(5)

Soybean plant

Rumen

Grass Cellulose Glucose Microbial fermentation Fatty acids

(Nutrition for animal)

CO2 + CH4 (Waste products)

Impacto de los Microorganismos en nuestras vidas

Bacterias y hongos junto a los productores permiten los ciclos de la materia en la biosfera

(6)

http://nihroadmap.nih.gov/hmp/ En el cuerpo existen cinco regiones importantes con MO

Algunos MO son nativos

Algunos son introducidos

Ecosistemas del Cuerpo humano

Constituyen la microbiota

Summer 2012 Workshop in Biology and Multimedia for High School Teachers

(7)

El proyecto microbioma humano dice que el cuerpo humano tiene 100 trillones de formas de vida microscópicas viviendo en él.

(8)
(9)

Porque es importante estudiar microbiología ??

1.Comprensión de procesos vitales básicos

( microorganismos como modelos )

-Morfología microbiana

-Fisiología microbiana

-Genética microbiana

2. La aplicación de ese conocimiento para el beneficio de

los seres humanos..

( papel de los microorganismos en medicina industria

etc)

(10)

Aplicaciones de la microbiología básica

(11)

Microbiologia abarca una enorme

heterogeneidad de tipos estructurales,

funcionales y taxonómicos”

Enorme heterogeneidad de tipos estructurales

Delimitado por el tamaño Con organización sencilla

(12)

BACTERIA ARCHAEA Tenericutes Fusobacteria Gemmatimonadetes Lentisphaerae Fibrobacteres Verrucomicrobia Chlamydiae Cyanobacteria Plastids Chlorobi Spirochaetes Thermodesulfobacteria Chloroflexi Deinococcus– Thermus AquificaeThermotogae Epsilonproteobacteria Deltaproteobacteria Mitochondria Alphaproteobacteria Gammaproteobacteria Nitrospira Acidobacteria Bacteroidetes Actinobacteria Firmicutes Betaproteobacteria Crenarchaeota Thaumarchaeota Euryarchaeota Korarchaeota Nanoarchaeota Plants Cercozoans Stramenopiles Alveolates Parabasalids Diplomonads Euglenozoa Amoebozoa Fungi Animals Origin of life LUCA EUKARYA Planctomycetes El árbol de la vida

(13)

Clasificación celular de los MO

– Células procariotas ( DNA sin membrana)

• En general son morfológicamente simples

• En general carecen de núcleo rodeado de

membrana

Incluye los dominios Bacteria

y

Archaea

– Células eucariotas ( núcleo verdadero)

• En general son morfológicamente más complejos

• Tienen un núcleo rodeado de membrana

• Incluye a los protozoos, algas, hongos, plantas y

animales

(14)

2 Tipos

celulares

3 Dominios 5 reinos

Procariota

Archaea

Monera

Ámbito de la

Microbio-logía

Bacteria

Eucariota

Eukarya

Protista

Fungi

Animalia Plantae

(15)

•Ausencia de membrana nuclear y un solo cromosoma circular (algunos tienen 2 y otros tienen cromosoma lineal)

•DNA asociado a otras proteínas que no son histonas

•No tiene organelas envueltas de membrana, pero tiene cierto grado de organización

•Citoplasma pobre en orgánulos, citoesqueleto de fibras parecidas a la actina indispensable para la forma y la división celular

•Ribosomas pequeños (70S)

•Membrana celular sin esteroles

Pared celular presente conteniendo un polisacárido complejo en la mayoría

de las bacterias

•Flagelo simple compuestos de pocas proteínas •Glicocalix presente como cápsula o slime layer

•Se dividen por fisión binaria. Durante este proceso se copia el DNA y la célula se divide en dos.

•Recombinación sexual: transferencia de DNA

(16)

•Membrana nuclear presente, tiene núcleo verdadero y nucloide

•Dotación diploide, múltiples cromosomas lineales asociados a histonas

•Citoplasma rico en orgánulos, citoesqueleto y corrientes citoplasmáticas

•Organelas rodeadas de membrana •Ribosomas grandes (80S)

•Membrana celular con esteroles y carbohidratos •Pared celular ausente y si tiene es simple como quitina o celulosa

•Flagelos complejos formados por micortubulos •Glicocalix presente raramente en células sin pared •División celular: mitosis

•Recombinación sexual :meiosis

(17)

Cilios y flagelos Flagelos Órganos de locomoción Presente Ausente Sistema de Endomebranas Presentes Ausentes Nucléolos De celulosa PG o pared arqueas Pared celular 80S (60S + 40S) 70S (50S + 30S) Ribosoma en células vegetales (con ribosomas 70S) Cloroplasto Presentes (con ribosomas 70S) Ausente. Los procesos

bioquímicos equivalentes tienen lugar en la membrana citoplasmática Mitocondria Mitosis o Meiosis Fisión binaria División celular Múltiples Único Cromosomas con histonas Desnudo y circular ADN Presente Ausente Membrana nuclear Eucariotas Procariotas Característica

(18)

• Historia evolutiva independiente. Muchas diferencias bioquímicas y

genéticas, conforma un dominio separado engloba a los organismos más antiguos del Planeta y son considerados fósiles vivientes. Las condiciones de crecimiento semejan a las existentes en los primeros tiempos de la historia de la tierra)

•Célula procariota

•Morfología (bacilos, cocos y hélices) •Pared bacteriana sin peptidoglicano.

•Membrana citoplasmática lípidos diferentes con enlaces éter

• ARNt y ARNr y enzimas son diferentes al de las eubacterias

• Distintas rutas metabólicas.

• Habitan en ambientes extremos

1.Metanógenos (Methanobacterium)

2.Halófilos extremos (Halobacterium y Halococcus) 3.Termófilos extremos (Thermoplasma acidhophilus)

(19)

Eubacteria Archaea

Tipo celular Procariota Procariota Pared celular Contiene

peptidoglicano, componente universal de las bacterias Contienen pseudomureina (ausente en eubacterias) Lípidos de

membrana AG unidos por unión éster al glicerol

Isoprenoides

ramificados unidos por unión éter al glicerol tRNAiniciador Formilmetionina Metionina

Genoma Único circular Único circular

Histonas No contiene Contiene histonas Intrones en el

tRNA no si

(20)

Estudio de los microorganismos

1. Observación de los microorganismos: microscopia 2. Cultivo e Identificación

(21)

Observación de los microrganismos

Concepto estudiado: El conocimiento de la microbiología floreció cuando se fueron perfeccionando las técnicas para observar los microorganismos, los avances fueron mano a mano.

Son más pequeñas que las células eucariotas Pero existen bacterias Gigantes (>0,5 mm) Enanas (<0,1 micra

(22)

Las células son pequeñas, incoloras y

translúcidas.

Microscopio óptico resolución 0.2um

Se utilizan tinciones para observar bacterias en

el microscopio de luz para mejorar el contraste

Ejemplo: tinción Gram

Las células responden a los colorantes de

acuerdo a la complejidad y composición de su pared celular.

Hay bacterias Gram +, Gram – o Gram

variable (menos común)

(23)

Tinción de Gram

(24)

Envoltura rígida que proporciona protección frente a choques osmóticos.

COMPOSICIÓN QUÍMICA:

Peptidoglicano o mureína, formado por N-acetilglucosamina, ácido N-acetilmurámico y un tetrapéptido. Exclusivo de Bacteria.

TIPOS DE PARED:

GRAM POSITIVAS (retienen

el cristal violeta)

GRAM NEGATIVAS(no retienen

el cristal violeta)

PEPTIDOGLICANO (90%)

Membrana

plasmática Membrana plasmática Ácido teicoico Ácido lipoteicoico Porina LPS Lípido A FUNCIÓN:

Tinción basada en la estructura de la pared

PEPTIDOGLICANO (10%)

(25)
(26)

-Morfología bacteriana: Formas y arreglos celulares

• Formas – Bacilos – Cocos – Espirilos – Vibrio (coma) – Cuadrados – Estrellas – filamentosas

(27)

Agrupaciones bacterianas:

relación con la división celular • Arreglos: – individuales – Pares – Tétadras – Octadas – Cadenas – Paquetes

En algunas especies luego de la

división las hijas pueden permanecer Unidas entre si

(28)
(29)

Tamaño pequeño: consecuencias biológicas

Tamaño pequeño La relación S/V es muy alta

Mayor superficie de contacto directo con el medio

Gran tasa de entrada de nutrientes

Gran tasa de salida de productos de

desecho

Altas tasas de

(30)

La forma no es trivial….

Las bacterias adoptan formas en las que optimizan su relación S/V. Adaptación al medio ambiente

5.8 10

(31)

Métodos de estudio de los microorganismos

Microorganismos Cualquier ambiente Mezcla de especies En la naturaleza Para estudiarlos

Cultivos controladas y Condiciones óptimas

Individuos genéticamente homogéneos (cultivo puro)

Métodos de aislamiento Identificación

(32)

Cultivo de microorganismos e identificación

• Se requiere de un medio para obtener la proliferación artificial microorganismos.

• Debe tener nutrientes adecuados.

• Condiciones de crecimiento óptimas: T, pH, O2

(aerobio, anaerobio) técnicas asépticas, obtención de cultivo puro, pruebas bioquímicas

• La proporción de microorganismos estudiados es baja, la mayoría son no cultivables

(33)

Medios de cultivo de los microorganismos

Medios de cultivo

Composición

Complejos (no definidos) Sintéticos (comp. definida)

Estado físico Líquidos Sólidos Utilidad Medios de enriquecimiento Medios de aislamiento Medios diferenciales

(34)

Colonia Lactosa negativa

Colonia Lactosa positiva

(35)

Crecimiento de las colonias

(36)

Pseudomonas aeruginosa

Siembra en medio OF Metabolismo oxidativo

Pruebas bioquímicas

para la identificación

(37)

Qué vimos hasta ahora??

Objeto de estudio de la microbiología

Comparamos la célula procariota con la eucariota

Comparamos eubacteria con archea

Cómo estudiar los microorganismos

Observación de microorganismos-Identificación

-Coloraciones

-Medios de cultivo

(38)

Pared celular

Citoplasma (viscoso y desprovisto de

orgánulos excepto ribosomas y mesosomas)

Pili (largos, huecos y rígidos, paso de

plásmidos)

Flagelos (1 o 2 que permiten la

locomoción: axonema+corspúsculo basal+codo o gancho) Cápsula o glucocáliz ej. neumococos patógenos Membrana plasmática Mesosomas (plegamientos de la

membrana que contienen enzimas para la respiración, división celular, pigmentos fotos.)

Nucleoide (molécula

circular de ADN)

Ribosomas

Fimbria (cortos, huecosy numerosos Plásmidos

Elementos

estructurales

de las

bacterias

(39)

Membrana plasmática

 Estructura: Composición química

 Función: permeabilidad selectiva

generación de energía

(40)

Membrana citoplasmática

Compuesta por fosfolípidos y proteínas en un mosaico fluido. Constituye una fina bicapa

lipídica de unos 8 nm de espesor similar a eucariotas pero con distinto tipos de

lípidos: mantiene la integridad celular y es altamente selectiva. La membrana delimita el territorio de la célula y controla el contenido químico de la célula

La membrana plasmática en procariotas

(41)

ESTRUCTURA

Proteína Fosfolípidos

Fosfolípidos

•No tiene colesterol. Muchas bacterias contienen hopanoides

• Los lípidos mas comunes son PE, PG, CL y PC en algunas

• Algunas bacterias tienen isoprenoides en lugar de AGs

•En algunas las cadenas hidrofóbicas de cada lado se unen covalentemente entre sí formando una monocapa. •Las únicas que contiene colesterol

son los Mycoplasmas que lo toman del huésped

BICAPA LIPÍDICA

MONOCAPA LIPÍDICA

La membrana plasmática en procariotas

(42)

Los lípidos en eubacterias

-Fosfolípidos están

compuestos por 2 ácidos grasos esterificados por unión ESTER en los dos grupos OH de glicerol -El tercer OH esta unido a un grupo fosfato

sustituido por una molécula polar

Bicapa impermeable a H y OH

(43)

Fluidez

La fluidez es una de las características más importantes

de las membranas que aseguran el buen funcionamiento

de la célula.

Puede variar con:

Composición de ácidos grasos

(44)

Los lípidos en

arqueas

Dieter ( alcoholes de cadena larga) de glicerol

Tetraeter macrocíclico Bifitanlo dos mol unidas entre sí

(45)

.

La estructura de monocapa es más estable y resistente en ambientes con temperaturas elevadas.

Algunas contiene glicolípidos (metanogenas)

(46)

Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen

diferentes enlaces químicos

(47)

Compuestos que rigidizan la membrana: Esteroles y Hopanoides

Esteroles y hopanoides son molecular rígidas y planares

Los esteroles están presentes en eucariotas y algunos procariotas como

Mycoplasmas QUE NO TIENEN PARED

Los procariotas lo toman del medio, confiere rigidez

Hopanoides están presentes en las membranas de muchas bacterias No están presentes en Archaea

(48)

Barrera de permeabilidad.  Anclaje de proteínas

Conservación de la energía  Generación de la fuerza PM

Participa en biosíntesis y secreción de proteínas y componentes de pared  Interacción con otras células

Anclaje de cromosoma y algunos plásmidos

(49)
(50)

Transporte a través de membrana

(51)

Out In R~ 2 3 Transported substance P P ATP ADP + Pi Trasportes activo simple obtiene la energia de la FPM Traslocacion de grupo Sistema PTS Trasporte ABC 1 Transporte activo En contra de gradiente de concentración

(52)
(53)

ME def Methylomonas methanica

estructuras intracitoplasmáticas que funcionan en oxidacin del metano.

Fotótrofos

Metanótrofos

Tilacoides: Son sacos membranosos aplastados

presentes en las cianobacterias, que pueden

estar o no en continuidad con la membrana citoplásmica; en su cara externa se disponen

filas de ficobilisomas. El conjunto de

membrana tilacoidal + ficobilisomas (compljo de ficobiliprot) es el responsable de la

fotosíntesis oxigénica en este grupo de procariotas. Tienen todo el aparato fotosintético

(54)

Citoplasma bacteriano

El citoplasma bacteriano es un sistema coloidal compuesto por agua y diversas sustancias en solución (citosol) y la fase dispersa son macromoléculas y conjuntos supramoleculares. Esta delimitado por la membrana citoplásmica.

En su interior se albergan:

cuerpos nucleares (nucleoide) plásmidos

ribosomas

inclusiones (no en todas) orgánulos (no en todas) citoesquelto

La viscosidad es mayor que la del citoplasma eucariótico, estando desprovisto de corrientes citoplásmicas.

(55)

Nucleoide

Contiene el ADN genómico, proteína y ARN

No está envuelto por membrana La mayoría de las bacterias tiene un solo cromosoma circular, algunas tienen cromosoma lineal o mas de un cromosoma

Estructura superenrollada

Presenta proteínas estructurales pero no histonas

Se encuentra anclado a al membrana posiblemente por el mesosoma a nivel del origen de replicación ( Oric) Puede contener plásmidos que

No son esenciales para la vida de la bacteria

(56)

Ribosoma procariota

Sitio de síntesis de proteínas

la transcripción y la traducción están estrechamente acopladas en procariotas

Dan la apariencia granulosa al citoplasma

El ribosoma está compuesto de un 63% de ARN y un 37% de proteínas.

El ribosoma eubacteriano posee un coeficiente de sedimentación de 70S, frente al de 80S

(57)

• El citoplasma procariótico es dinámico, estructurado y complejo • El DNA esta recubierto de proteínas estructurales tipo histonas nucloide • RNA polimerasa y RNA y maquinaria de replicación • Plásmidos • Citoesqueleto

Organización celular

(58)

Inclusiones citoplasmáticas y orgánulos

Gránulos de almacenamiento -polifosfato, ( fosfato inorganico) Globulos de sulfuro ( S elemental)

Carbonatos de mineral

Gránulos de almacenamiento de carbono - polihidroxibutirato (PHBs, PHA)

-glucógeno  Vesículas de gas – flotación

MagnetosomasClorosomasCarboxisomasCristales paraespolares Evitan el aumento de presión osmótica

(59)

Citoesqueleto bacteriano

Existen tres proteínas de citoesqueleto bacteriano muy estudiadas MreB. Es una proteína homóloga a actina.

Forma filamentos lineales que polimerizan utilizando ATP o GTP´o sola. Tiene rol estructural en algunas bacterias.

Localiza los sitios de iniciación de síntesis de PG en bacterias

FtsZ. Homóloga a tubulina. Polimeriza de manera dependiente de GTP

Y localiza en el sitio de la división celular, sirve de plataforma de otras proteínas que Intervienen en la división celular

Cre S. Homóloga a filamentos intermedios, localiza en las curvaturas de Caulobacter crescens

Estas proteínas no son las únicas recientemente se han identificado otras proteínas con homología a tubulinas, actina y IF

(60)

Citoesqueleto bacteriano

(61)

Algunos términos…..

• Envoltura celular =Membrana plasmática +

pared celular + la membrana externa + todas las

otras estructuras (

definición de poca especificidad)

• Pared celular

•Peptidoglicano + estructuras asociadas

(62)

-

Cubierta rígida de composición variable que rodea a la célula por encima de la MP y la protege de las fuerzas osmóticas ,

condiciona la forma, es crítica para la viabilidad celular

-Estructura exclusiva presente en la mayoría de las bacterias a excepción de:

Mycoplasma que poseen solamente membrana celular • Formas L derivadas de bacterias que perdieron

su habilidad de sintetizar su pared celular • Thermoplasma sin pared (arquea)

PG

Espacio periplásmico

Membrana externa

(63)
(64)

Unidad estructural del peptidoglicano

Cadena peptídica

(65)

Presente en otros polímeros de cubierta ( ej. quitina)

Exclusivo de bacteria

(66)

Peptidoglicano: composición y bases

químicas de la rigidez

La unidad disacarídica que se repite es:

N-acetilglucosamina (NAG)...

... N-acetilmurámico (NAM)

Las distintas unidades disacarídicas se unen entre sí

mediante enlaces

β(1—4)

(67)
(68)

La cadena tetrapeptídica sale desde el grupo –

COOH del lactilo de cada NAM y suele ser:

L-ala  D-glu  m-DAP  D-ala

Alternancia de aminoácidos D y L

L-alanina

D-glutámico

Meso-diaminopimélico ( Lys en Gram +)

D-alanina

Observar que D-AA y meso-DAP no están

presentes en proteínas

En el tercer lugar un aminoácido dibásico para

(69)

Puentes peptídicos entre cadenas

Existen diferencias entre Gram (+) y Gram (-)

(70)

Peptidoglicano: estructura global

 Repeticiones (n=10-100) de una unidad disacarídica, unida a

su vez a un tetrapéptido

 Distintas cadenas de PG se unen entre sí por determinados

enlaces peptídicos entre tetrapéptidos de cadenas diferentes

 La estructura global es una macromolécula gigante que forma

(71)
(72)

Diversidad estructural

Paredes de eubacterias

Pared o Matriz de bacterias Gram-positivas

Pared de Gram-negativas

Pared de bacterias ácido alcohol resistentes

Peptidoglicano o mureína:

Paredes de arqueas : No tienen

peptidoglicano algunas tienen otro

polisacárido, algunas tienen proteínas

diversidad a nivel molecular

(73)

Estructura global de la envoltura de eubacterias

Mureína Membrana citoplasmática Membrana Externa Gram positiva Gram negativa

(74)

El

PG

de bacterias Gram-negativas

 Normalmente: 1 o unas pocas capas de PG

 Solo el 50% de las cadenas participan en entrecruzamientos.

 Las distintas cadenas se unen por enlaces peptídicos directos entre el grupo ε-NH2 del m-DAP (3) de una cadena con el –COOH de la D-ala (4) de otra cadena

El resultado:

capa simple de PG (de 1 nm de espesor)

A modo de malla floja,con grandes poros (zonas donde no hay enlaces peptídicos).

En el gram:

El alcohol acetona produce una deshidratación que tiende a contraer la estructura del PG, pero los poros son grandes  el violeta sale y la bacteria se tiñe con el colorante de contraste (Fucsina o safranina)

(75)

El PG

de bacterias Gram-positivas

 Múltiples capas de PG (distintos niveles, hasta 50 en especies de

Bacillus)

 Existe entrecruzamientos tanto entre cadenas adyacentes en el

mismo nivel como entre niveles distintos.

 Resultado: Red tridimensional gruesa y más compacta que en

Gram (-)

 El grado de compacidad varía entre especies, y depende de: o número de NAM que contengan tetrapétidos que participen en

entrecruzamientos

o longitud del puente peptídico

 Ello condiciona a su vez la intensidad de la gram-positividad en

(76)

Entrecruzamientos en el peptidoglucano

Directo (muchas

Gram-negativas) Puente pentaglicina (algunas Gram positivas )

(77)

1) Gran rigidez, contrarresta las fuerzas osmóticas a que está sometido el protoplasto. Depende de:

a) el grado de entrecruzamiento;

b) el enlace ß(1- 4) es muy compacto.

c) la alternancia de AA D y L

factor adicional que confiere fuerza estructural, y facilita la formación de puentes de H.

2) Flexibilidad (dada por las cadenas peptídicas) Ello colabora, junto con su rigidez, a soportar variaciones amplias de la tensión osmótica del protoplasto.

3) Condiciona la forma celular. Aunque la química del PG, por sí misma, no determina la forma, es su disposición espacial la responsable principal de esta forma.

(78)

Función del peptidoglicano

(79)

La pared celular de las Gram-positivas

El PG de Gram-positivas está inmerso en una matriz

aniónica (hasta 60%) de polímeros :

 Ácidos teicoicos:  Ácidos teicurónicos  Ácidos lipoteicoicos:

(80)

Ácidos teicurónicos: Ciertas bacterias Gram-positivas, cuando

se someten a un régimen de limitación de fosfato son incapaces de sintetizar ácidos teicoicos, pero en su lugar producen ácidos teicurónicos. Los teicurónicos consisten en polímeros aniónicos formados por la alternancia de ácidos urónicos (que tienen grupos -COOH libres) y aminozúcares como la N-acetil-galactosamina.

Ácidos lipoteicoicos: Están presentes en todas las bacterias

Gram-positivas, aun en condiciones de carencia de fosfato. Se trata simplemente de ácidos glicerol-teicoicos que se

encuentran unidos a la membrana citoplásmica,

concretamente se unen por enlace fosfodiéster con

glucolípidos de membrana, mientras que el otro extremo de la cadena queda expuesto al exterior.

Ác. teicoicos

Ác.

lipoteicoicos

La matriz de la pared celular de las

Gram-positivas

(81)

Ácidos teicoicos

• Presentes en muchas bacterias Gram+, pero no en todas.

Son polímeros de glicerol-fosfato o ribitol-fosfato , con –OH

sustituidos por –H, azúcares, aminoazúcares o D-ala

• Pueden ser de hasta 30 unidades.

Están unidos covalentemente al peptidoglicano

• Es variable según las especies

• No se sintetizan en limitación de fosfato

limitación de fosfato se sintetizan  ácidos teicurónicos (ATU) • Los ATU son polisacáridos aniónicos, acidicos formados por la

(82)

Ácidos teicoicos y lipoteicoico

(83)

Polímero de glicerol

fosfato

Ácidos teicoicos estructura

Polímero de ribitol fosfato

(84)

Ácidos teicuronicos

Ácido glucurónico

(85)

Acidos lipoteicoicos

Glicerol

Ác. grasos

Presentes en todas las bacterias Gram (+) Generalmente son ácidos glicerol teicoicos

Se encuentran unidos a la membrana citoplasmática Por enlace fosfodiester con diacilglicero

Su extremo terminal queda expuesto al exterior Suministran especificidad antigénica

(86)

Otros componentes de Gram positivas

Polisacáridos neutros

Otros glicolípidos

(87)

Funciones de los polímeros de la matriz

Suministrar una carga neta (-) a la PC

Para que?

Captar cationes (Mg

++

), homeostasis de iones, que participan

en actividades enzimáticas (morfogénesis y división de la PC)

Son buenos antígenos

En algunas bacterias actúan como receptores específicos para la

adsorción de ciertos bacteriófagos.

Regulan las autolisinas de la pared ( agujeros en la pared que

permiten la inserción de PG naciente

LTA ancla la pared a la membrana celular, algunas veces es

secretado y actúa como adhesina

(88)

Pared de las bacterias ácido-alcohol

resistentes (AAR)

 Pared especial de ciertas Gram-(+)

Nocardia, Mycobacterium ( tuberculosis, lepra), corineformes

 Resisten la decoloración con clorhídrico-etanol (

ácido-alcohol resistentes) No se tiñen bien con Gram

 Estas bacterias son de crecimiento muy lento

 Esta propiedad deriva de componentes de la pared:

 Ácidos micólicos  Glucolípidos

(89)

Pared de Mycobacterias

(90)

Pared celular muy compleja con abundantes

lípidos.

Composición química:

Peptidoglicano especial

Arabinogalactano polímero de gran PM unido al

PG ( similar a un teicoico pero de galactosa y

arabinosa y a su vez con AM)

Acidos micólicos (AM) unidos al polímero

anterior -Son ß-hidroxiácidos grasos ramificados

en α, de cadena muy larga (hasta 91 C)

Lípidos superficiales

Pared de las bacterias ácido-alcohol

resistentes (AAR)

(91)

El peptidoglucano, sustituye el ácido N-acetilmurámico por

N-glucolilmurámico y se encuentra unido a NAGlcNac

-con un arabinolactano. Este esqueleto está unido, además,

por enlaces covalentes

-con los ácidos micólicos, que forman la micomembrana

peptidoglicano + arabinolactano + ácidos micólicos y lípidos: glucolípidos o ceras.

(92)

Papeles conferidos por la pared AAR

Aspecto y consistencia cérea de las colonias en

placas de Petri

Forma de serpentina ( factor cordón)

En líquidos crecen formando grumos

Gran impermeabilidad

 Resistencia a desecación

 Resistencia a agentes antibacterianos

 Detergentes  Oxidantes  Ácidos y bases

(93)
(94)
(95)
(96)
(97)

La envoltura celular de

Gram-negativas

Estructuralmente más compleja que

Gram-positivas

capa delgada de PG inmerso en un compartimento

llamado ...

... espacio periplásmico el cual a su vez limita con ...

... la membrana externa (ME)

-LPS

-Fosfolipidos

(98)

La ME de bacterias Gram-negativas

Bicapa proteolípídica muy asimética:

En la lámina externa:

 60% de proteínas  40% de lipopolisacárido LPS 

En la lámina interna:

 No hay lipopolisacárido  Existen  Fosfolípidos (=MI)  Lipoproteínas  Otras proteínas

(99)

Glucosamina- ß(16)-glucosamina, con –OH en 1 sustituido con –P-etanolamina A.G. saturados (C-14): beta-hidroximirístico Núcleo interno Núcleo externo Unidad repetitiva de la cadena lateral

El lipopolisacárido

(100)

Composición del lipopolisacárido (LPS)

Región proximal: Lípido A (hidrófobo)

Región intermedia: oligosacárido central o

“core”

Región distal: cadena lateral específica,

polisacarídica (hidrófila)repeticiones

deazúcares llamada: Antígeno somático “O”

de bacterias Gram-negativas

(101)

Otra imagen de la composición y estructura del LPS. A la derecha, modelo tridimensional.

De todas estas regiones del LPS la única indispensable para

la viabilidad es el lípido A. Los mutantes incapaces de

sintetizar las cadenas laterales o el oligosacárido medular dan colonias rugosas y están afectados en distintas

propiedades biológicas, pero pueden sobrevivir.

Prescot, 1999

(102)

GluN KDO Lípido A Disacárido de glucosamina β-OH ácidos Endotoxina

(103)

Papeles y funciones del LPS

Papel estructural: lípido A contiene SFA

 Menor fluidez de esta membrana

 Más resistente a detergentes y solventes

Las cadenas laterales interacciones covalentes

 menos permeable a moléculas hidrofóbicas (Ej.:

resisten mejor muchos antibióticos)

 Antígeno somático “O” bacterias Gram-negativas  Condiciona virulencia en bacterias patógenas

Se une a cationes Mg, Zn

 Si añadimos agente quelante, como EDTA 

(104)

Papeles y funciones del LPS

 Región del lípido A: endotoxina

 Papel positivo:

 El macrófago reconoce el LPS, y libera citoquinas  activa el sistema inmune

 Papel negativo:

 A veces, el sistema inmune se activa “en exceso” por el LPS, dando síntomas patológicos

 Inducción de fiebre (pirogenicidad)

 Hipotensión, a veces con fallo cardiaco  Actividad necrótica en tejidos

(105)

La lipoproteína de Braun (LPP) ancla el

PG con los PL de la MI

Su parte proteica (7-2 kDa) está inmersa en el

espacio periplásmico, formando trímeros

Su aa. N-terminal es una cys

 Su –SH se une por tioéter a un diglicérido de la lámina

interna de la membr. ext.

 Su –NH se une por amido a A-G.

Su aa. C-terminal es una lys

 Se une por su –NH con el –COOH libre del m-DAP del

(106)

Se une al PG Porción embebida en la ME

(107)

Rol estructural : Estabiliza la envoltura de gram

negativas

Mantiene unida la ME a la superficie celular

Es una proteína muy abundante y aumenta en

el PG maduro

Papeles y funciones de las

lipoproteínas

(108)

Proteínas de la membrana externa

Porinas: Canales pequeños no específicos que permiten el

paso de moléculas hidrofílicas

 Forman trímeros, con canales interiores que atraviesan la

membrana externa

 Solo dejan pasar moléculas por debajo de cierto tamaño

(<500-700 Da)

 En enterobacterias: protección frente a sales biliares  Otras proteínas son canales específicos:

 Para vitamina B12 (BtuB)  Para quelatos de Fe

 Para ciertos nutrientes

(109)

Porinas mayoritarias

OmpF: poro grande

OmpC: poro chico

PhoE

OmpC y OmpF están presentes siempre

OmpC/OmpF aumenta cuando aumenta La osmolaridad

La temperatura

PhoE solo se induce en condiciones de Limitación de fosfatos y otros aniones

(110)

Porina Tamaño del canal Peso molecular Expresión a baja osmolaridad Expresión a alta osmolaridad OmpF 0.58 nm radius 38,306 Da alta reprimida,

muy baja OmpC 0.54 nm radius 37,083 Da Muy baja alta

Las porinas

(111)
(112)

Papeles y funciones de la membrana externa

Tamiz molecular

Permite el paso de moléculas relativamente

pequeñas

protección frente a agentes antibacterianos

 Colorantes  Antibióticos

 Enzimas (ej.: lisozima)  Ácidos biliares

(113)

Papeles y funciones de la membrana externa

Condiciona propiedades de superficie:

Grado de humedad

Adhesividad

Carga eléctrica

Lugar donde se fijan las proteínas del sistema

defensivo : Complemento del hospedador

Lugares de adsorción de ciertos fagos

(114)

El espacio periplásmico (periplasma)

Compartimento acuoso, contiene proteínas, sales,

oligosacáridos y peptidoglicano. Estos últimos

existen en forma hidratada formando un gel.

Compartimiento con actividades epecializadas

 RNasas y fosfatasas

 Proteínas de transporte de ciertos nutrientes  Proteínas de unión a señales químicas

 Enzimas hidrolíticas

 proteínas de transporte de electrones  Proteína TonB

 Función de osmoregulación :MDO (membrane derivate

(115)

Paredes de las arqueas

Aunque las arqueas pueden comportarse como Gram-positivas o como Gram-negativas, no se suele aludir a esto en este

dominio de procariotas, ya que sus paredes tienen poco que ver con las de eubacterias

(116)

Paredes de las arqueas

No poseen peptidoglicano

No poseen membrana externa

Todas poseen algún tipo de estructura por fuera de

la membrana que funciona como pared.. excepto en

Thermoplasma

(117)

En Metanobacteriales: existe la pseudomureína:

Unidades repetitivas de NAGß(1-3)NAT

(N-acetil-talosaminourónico)

Del grupo –NH del NAT sale un tetrapéptido, con

aminoácidos de la serie L

Cadenas se entrecruzan por puentes peptídicos

entre aa(4) de una y di-aa(3) de otra

(118)

· Finalmente, los miembros del orden Methanobacteriales poseen una pared de pseudomureína, un extraño

peptidoglucano no basado en NAM. Consiste en un esqueleto de unidades repetitivas de NAG unidas por enlace ß(1à3) con N-acetil-talosaminourónico (NAT, un azúcar exclusivo de estos organismos). El grupo -NH2del NAT va unido a su vez con un

tetrapéptido, pero en éste sólo participan aminoácidos de la serie L. Al igual que en la mureína de las eubacterias, las diversas cadenas se unen entre sí por enlaces peptídicos entre el aminoácido terminal (4) de un tetrapéptido y el diaminoácido (3) de otra cadena.

(119)

© 2012 Pearson Education, Inc.

Capa S: Estructura proteica muy ordenada

Es el tipo mas común de pared en Archaea

Constituída por proteínas o glicoproteinas

Con estructura paracristalina

(120)
(121)

Bacterias sin pared

Micoplasmas: Son bacterias pequeñas

Características

– Pleomórficas – Gran plasticidad

– Afinidad por las membranas celulares – Sensibilidad a la lisis osmótica

– Resistencia a los AB que actúan sobre la pared – Tienen esteroles en su membrana

Existen como bacterias sin pared (Micoplasmas) o

como bacterias que han perdido su pared (formas L,

protoplastos o esferoplastos.)

(122)

Biología de los microorganismos. BROCK, MADIGAN,

MARTINKO, PARKER. 14ra Edición (2014)

The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes by

David White, James Drummond and Clay Fuqua ( 2011)

Structural and functional relationship in bacteria. Larry

Barton 2005

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