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.
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
MOQué 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.
Son la forma más antigua de vida ( primeros en aparecer en la evolución
Constituyen la masa más grande de la materia viva en la Tierra Rol 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.
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
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
El proyecto microbioma humano dice que el cuerpo humano tiene 100 trillones de formas de vida microscópicas viviendo en él.
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)
Aplicaciones de la microbiología básica
Microbiologia abarca una enorme
heterogeneidad de tipos estructurales,
funcionales y taxonómicos”
Enorme heterogeneidad de tipos estructurales
Delimitado por el tamaño Con organización sencilla
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
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
2 Tipos
celulares
3 Dominios 5 reinos
Procariota
Archaea
MoneraÁmbito de la
Microbio-logía
Bacteria
Eucariota
Eukarya
ProtistaFungi
Animalia Plantae
•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
•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
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
• 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)
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
Estudio de los microorganismos
1. Observación de los microorganismos: microscopia 2. Cultivo e Identificación
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
• 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)
Tinción de Gram
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%)
-Morfología bacteriana: Formas y arreglos celulares
• Formas – Bacilos – Cocos – Espirilos – Vibrio (coma) – Cuadrados – Estrellas – filamentosasAgrupaciones bacterianas:
relación con la división celular • Arreglos: – individuales – Pares – Tétadras – Octadas – Cadenas – PaquetesEn algunas especies luego de la
división las hijas pueden permanecer Unidas entre si
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
La forma no es trivial….
Las bacterias adoptan formas en las que optimizan su relación S/V. Adaptación al medio ambiente
5.8 10
Métodos de estudio de los microorganismos
Microorganismos Cualquier ambiente Mezcla de especies En la naturaleza Para estudiarlosCultivos controladas y Condiciones óptimas
Individuos genéticamente homogéneos (cultivo puro)
Métodos de aislamiento Identificación
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
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
Colonia Lactosa negativa
Colonia Lactosa positiva
Crecimiento de las colonias
Pseudomonas aeruginosa
Siembra en medio OF Metabolismo oxidativo
Pruebas bioquímicas
para la identificación
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
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
Membrana plasmática
Estructura: Composición química
Función: permeabilidad selectiva
generación de energía
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
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
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
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
Los lípidos en
arqueas
Dieter ( alcoholes de cadena larga) de glicerol
Tetraeter macrocíclico Bifitanlo dos mol unidas entre sí
.
La estructura de monocapa es más estable y resistente en ambientes con temperaturas elevadas.
Algunas contiene glicolípidos (metanogenas)
Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen
diferentes enlaces químicos
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
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
Transporte a través de membrana
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
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
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.
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
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
• 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
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
Magnetosomas Clorosomas Carboxisomas Cristales paraespolares Evitan el aumento de presión osmótica
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
Citoesqueleto bacteriano
Algunos términos…..
• Envoltura celular =Membrana plasmática +
pared celular + la membrana externa + todas las
otras estructuras (
definición de poca especificidad)
• Pared celular
•Peptidoglicano + estructuras asociadas
-
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
Unidad estructural del peptidoglicano
Cadena peptídica
Presente en otros polímeros de cubierta ( ej. quitina)
Exclusivo de bacteria
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)
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
Puentes peptídicos entre cadenas
Existen diferencias entre Gram (+) y Gram (-)
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
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
Estructura global de la envoltura de eubacterias
Mureína Membrana citoplasmática Membrana Externa Gram positiva Gram negativaEl
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)
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
Entrecruzamientos en el peptidoglucano
Directo (muchas
Gram-negativas) Puente pentaglicina (algunas Gram positivas )
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.
Función del peptidoglicano
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:
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
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
Ácidos teicoicos y lipoteicoico
Polímero de glicerol
fosfato
Ácidos teicoicos estructura
Polímero de ribitol fosfato
Ácidos teicuronicos
Ácido glucurónico
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
Otros componentes de Gram positivas
Polisacáridos neutros
Otros glicolípidos
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
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
Pared de Mycobacterias
•
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)
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.
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
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
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 proteínasGlucosamina- ß(16)-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
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
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
GluN KDO Lípido A Disacárido de glucosamina β-OH ácidos Endotoxina
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
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
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
Se une al PG Porción embebida en la ME
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
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
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
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
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
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
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
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
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
En Metanobacteriales: existe la pseudomureína:
Unidades repetitivas de NAGß(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
· 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.
© 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
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
