La Celula Bacteriana

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La Celula Bacteriana

  1. 1. Universidad Arturo Prat Departamento Ciencias del Mar Laboratorio de Microbiología GENMOL-UADP LA CELULA BACTERIANA Rubén Moraga M, MSc. WEB PAGE FOR DR. KAISER'S MICROBIOLOGY COURSE (BIOL 230) THE COMMUNITY COLLEGE OF BALTIMORE COUNTY, CATONSVILLE CAMPUS. Copyright ゥ 1 995-2005 Gary E. Kaiser All Rights Reserved Updated: Feb. 27, 2006
  2. 2. Definición de microbiología <ul><li>Ciencia que estudia los seres vivos que no se pueden ver a simple vista (del griego micros : pequeño, bios : vida) </li></ul><ul><li>Definición implica que su objeto de estudio está determinado por la metodología: </li></ul><ul><ul><li>Microscopio </li></ul></ul><ul><ul><li>Técnicas de cultivo puro en laboratorio </li></ul></ul><ul><ul><li>etc </li></ul></ul>
  3. 6. Célula bacteriana o procariota (del griego “núcleo primordial”)
  4. 7. Las bacterias se diferencian por su morfologia (dimensión, forma y caracteristicas tintoriales) y caracteristicas metabólicas, antigénicas y genéticas
  5. 8. Microorganismos
  6. 9. Cocacea da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES
  7. 10. Streptococcus pneumoniae Staphylococcus aureus Neisseria gonorrhoeae Neisseria meningitidis Streptococcus pyogenes
  8. 11. Bacilo da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES
  9. 12. Bacilo Enterobacteriaceae : Escherichia coli, Salmonella, Shigella, Yersinia pestis Legionella pneumophilae Haemophilus influenzae Clostridium tetani, Clostridium botulinum e Clostridium perfrigens Bacillus anthracis
  10. 13. Mycobacterium tuberculosis, M. leprae, M. bovis e M. avium complex bacilo aerobio, immovil de aspecto largo y filamentoso
  11. 14. Espiraliforme da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES
  12. 15. Vibrio cholerae
  13. 16. Leptospira INFECTIONS : Causes leptospirosis. Transmitted by the urine and blood of infected rodents, Leptospira usually enters via cuts or contact with mucous membranes. It may eventually enter the lymphatics and blood and be carried to the liver.
  14. 17. Spirochaetales Treponema pallidum = sifilis
  15. 19. Papel de los microorganismos en las enfermedades infecciosas <ul><li>Pasteur es llamado a Provenza para resolver una enfermedad del gusano de seda (pebrina) </li></ul><ul><li>En 1869 identifica al protozoo Nosema bombycis como el responsable </li></ul><ul><li>Davaine (1863-1868): la sangre de ganado afectado por carbunco contiene grandes cantidades de microorganismos </li></ul>
  16. 20. Papel de los microorganismos en las enfermedades infecciosas <ul><li>Koch (1876): con su técnica de cultivo puro aísla y propaga experimentalmente por primera vez una bacteria patógena (la responsable del carbunco o ántrax) </li></ul><ul><li>Primeras microfotografías de Bacillus anthtracis teñido con azul de metileno </li></ul><ul><li>Confirma que esta bacteria presenta una fase resistente (endosporas) </li></ul><ul><li>La enfermedad se puede reproducir experimentalmente al reinocular bacilos a animales de laboratorio </li></ul>
  17. 21. Bacteria Patógena m.o. capaz de causar enfermedades en circunstancias apropiadas <ul><li>Postulados de Koch </li></ul><ul><li>m.o. debe estar presente en todos los casos de una enfermedad infecciosa </li></ul><ul><li>el m.o. debe ser aislado de muestras de pacientes enfermos </li></ul><ul><li>la inoculación del aislado en animales sanos produce la enfermedad </li></ul><ul><li>el m.o. debe ser recuperado de muestras obtenidas de animales infectados experimentalmente </li></ul>
  18. 22. La escuela de Koch aísla numerosos agentes patógenos <ul><li>Cólera (1883) </li></ul><ul><li>Difteria (1884) </li></ul><ul><li>Tétanos (1885) </li></ul><ul><li>Neumonía (1886) </li></ul><ul><li>Meningitis (1887) </li></ul><ul><li>Peste (1894) </li></ul><ul><li>Sífilis (1905) </li></ul>Robert Koch
  19. 23. Características generales de la célula procariota
  20. 24. Características de las células eucariota y procariota
  21. 25. <ul><li>Genóforo (procariotas) </li></ul><ul><ul><li>Un solo cromosoma </li></ul></ul><ul><ul><li>ADN c.d. C.C.C. </li></ul></ul><ul><ul><li>No membrana nuclear </li></ul></ul><ul><ul><li>No histonas </li></ul></ul><ul><li>Nucleoplasma (eucariotas) </li></ul><ul><ul><li>Varios cromosomas </li></ul></ul><ul><ul><li>ADN c.d. lineal, terminado el telómeros </li></ul></ul><ul><ul><li>Existe membrana nuclear </li></ul></ul><ul><ul><li>Histonas unidas al ADN (cromatina) </li></ul></ul>Diferencias entre procariotas y eucariotas Procariota Eucariota
  22. 26. <ul><li>Replicación material genético: </li></ul><ul><ul><li>No mitosis </li></ul></ul><ul><li>Org. citoplasma: </li></ul><ul><ul><li>No orgánulos de tipo eucarióticos </li></ul></ul><ul><ul><li>No citoesqueleto </li></ul></ul><ul><ul><li>Ribosomas 70S </li></ul></ul><ul><li>Replicación material genético: </li></ul><ul><ul><li>mitosis </li></ul></ul><ul><li>Org. citoplasma: </li></ul><ul><ul><li>Orgánulos (RE, mitocondrias, cloroplastos, Golgi) </li></ul></ul><ul><ul><li>Citoesqueleto </li></ul></ul><ul><ul><li>Ribosomas 80S </li></ul></ul><ul><li>Membrana citoplasmática: </li></ul><ul><ul><li>No contiene colesterol </li></ul></ul><ul><li>Reproducción: </li></ul><ul><ul><li>Asexuada </li></ul></ul><ul><li>Respiración: </li></ul><ul><ul><li>Mediante la membrana citoplasmática </li></ul></ul><ul><li>Membrana citoplasmática: </li></ul><ul><ul><li>Contiene colesterol </li></ul></ul><ul><li>Reproducción: </li></ul><ul><ul><li>Sexuada </li></ul></ul><ul><li>Respiración: </li></ul><ul><ul><li>Mediante la mitocondria </li></ul></ul>
  23. 27. Composición química básica <ul><li>>95% de macromoléculas </li></ul><ul><li>La mitad de las macromoléculas son proteínas </li></ul><ul><li>Proporción de ARN superior a eucariotas </li></ul><ul><li>En bacterias, macromoléculas exclusivas que no existen en eucariotas: </li></ul><ul><ul><li>Peptidoglucano </li></ul></ul><ul><ul><li>Lipopolisacárido (en Gram-negativas) </li></ul></ul>
  24. 28. Citoplasma <ul><li>El 80% esta constituido por agua </li></ul><ul><li>El citosol contiene ácidos nucleicos (DNA, RNA), enzimas, amminoacidos, carbohidratos, lípidos, iones orgánicos y numerosos compuestos proteicos que representan inclusiones citoplasmaticas </li></ul>
  25. 29. Aspecto del citoplasma de un bacilo Mesosoma Nucleoide Gránulo de reserva La mayor parte del citoplasma presenta aspecto granular, por los ribosomas
  26. 30. Sintesis proteica Ribosoma, presente en aproximadamente 15.000, esta compuesto por dos subunidades formando un complejo 70S
  27. 31. Colesterol ausente, sustituido por terpenoides con la función de estabilizar el compartimento Membrana celular
  28. 32. Función de la Membrana Citoplasmática
  29. 33. MESOSOMA, porción de la membrana citoplasmatica que se invagina, punto de anclaje y duplicación del DNA
  30. 34. Pared Celular Membrana Celular Citoplasma La pared celular esta por fuera de la membrana celular, es rígida y protege a la célula de la lisis osmótica Pared Celular
  31. 35. Pared Celular de los Procariotas <ul><li>La célula procariota debe soportar una alta presión interna, debido a la alta concentración de solutos </li></ul><ul><li>La presencia de una pared celular les permite soportar esta presión, además es responsable de la forma y rigidez de la célula </li></ul><ul><li>Mediante una tinción diferencial las bacterias se dividen en bacterias Gram positivas y en bacterias Gram negativas </li></ul><ul><li>Existen diferencias estructurales que sustentan esta clasificación </li></ul><ul><li>La pared celular de las Gram positivas esta formada fundamentalmente por un tipo de molécula y es mucho más ancha </li></ul><ul><li>La pared celular de las Gram negativas esta compuesta por varias capas y es bastante compleja </li></ul>
  32. 38. Peptidoglucano: composición química <ul><li>Distintas cadenas de PG se unen entre sí por determinados enlaces peptídicos entre tetrapéptidos de cadenas diferentes </li></ul><ul><li>Repeticiones (n=10-100) de una unidad disacarídica, unida a su vez a un tetrapéptido </li></ul>
  33. 39. Peptidoglucano: composición química <ul><li>La unidad disacarídica que se repite es: </li></ul><ul><ul><li>N- acetilglucosamina (NAG)... </li></ul></ul><ul><ul><li>...unida por enlace β(1  4) con... </li></ul></ul><ul><ul><li>... N -acetilmurámico (NAM) </li></ul></ul><ul><li>Las distintas unidades disacarídicas se unen entre sí mediante enlaces β(1-4) </li></ul><ul><ul><li>Este enlace puede ser roto por la lisozima (producto de granulocitos,macrofagos y PMN) </li></ul></ul><ul><li>La cadena tetrapeptídica sale desde el grupo –COOH del lactilo de cada NAM y suele ser: </li></ul><ul><ul><li>L-ala  D-glu  m-DAP  D-ala </li></ul></ul>
  34. 41. El PG de bacterias Gram-negativas <ul><li>Normalmente: </li></ul><ul><ul><li>1 o unas pocas capas de PG. </li></ul></ul><ul><ul><li>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 </li></ul></ul><ul><ul><li>Malla floja con grandes “poros”: 50% NAM carece de tetrapéptidos </li></ul></ul><ul><li>En espiroquetas, el diaminoácido en posición nº3 es la L-ornitina (en lugar de m-DAP) </li></ul>
  35. 42. Estructura global del PG de bacterias Gram-positivas <ul><li>Múltiples capas de PG (distintos niveles, hasta 50 en especies de Bacillus ) </li></ul><ul><li>Entrecruzamientos entre cadenas del mismo nivel y entre un nivel y el inmediato superior o inferior </li></ul><ul><li>La mayoría de NAM tienen tetrapéptidos </li></ul><ul><li>La mayoría de tetrapéptidos participan en enlaces </li></ul><ul><li>Consecuencia: red tridimensional gruesa, con poros pequeños, más compacta que Gram- </li></ul>
  36. 43. Relaciones estructura-función en el peptidoglucano <ul><li>Gran rigidez  aguanta las fuerzas osmóticas del protoplasto (5-15 atm). Rigidez viene de: </li></ul><ul><ul><li>El grado de entrecruzamiento </li></ul></ul><ul><ul><li>El enlace β(1  4) es muy compacto. La alternancia de NAM y NAG  uno de los polisacáridos más estables que existen </li></ul></ul><ul><ul><li>La alternancia de aa en L y en D  estabilidad adicional (cadenas laterales al mismo lado, ptes H) </li></ul></ul><ul><li>Al mismo tiempo, gran flexibilidad  soporta variaciones de presión osmótica protoplasto </li></ul><ul><li>Condiciona la forma celular </li></ul>
  37. 44. PEPTIDOGLICANO Esencial para la estructura, forma, replicación y sobrevivencia. En la infección interfierce con la fagocitosis, actua como mitogeno para los linfocitos, posee actividad pirogena. Es degradado por la lisozima presente en la lagrima y mucus
  38. 45. Las PBP son el blanco de las Penicilinas y de los antibióticos  -lactamicos Las transpeptidasas y carboxipeptidasas catalizan las reacciones de transpeptidación Las bacterias resistentes a la penicilina modifican la estrustucura de las PBP
  39. 46. Vancomicina Interacciona con la D-alanina-D-alanina terminal de la cadena lateral y el penta-peptido interfiriendo con la formación del puente Activa contra stafilococcus oxacillina-resistente y contra gram+ resistente a los beta lactamicos. Inactivo contra gram-: molécula grande que no atraviesa la membrana externa de los gram-
  40. 47. La pared celular de las bacterias Gram- <ul><li>Estructuralmente más compleja que Gram-positivas (ver micrografía electr.): </li></ul><ul><ul><li>El delgado peptidoglucano está inmerso en un compartimento llamado ... </li></ul></ul><ul><ul><li>... espacio periplásmico (lleno con el gel periplásmico), el cual a su vez limita con ... </li></ul></ul><ul><ul><li>... la membrana externa </li></ul></ul>
  41. 48. PG Espacio periplásmico Membrana externa
  42. 49. PORINAS: proteínas que permiten el paso de moléculas pequeñas a través de la membrana - específicas e inespecíficas ESPACIO PERIPLASMICO: área con enzimas hidroliticas para la digestión enzimatica (proteasas, lipasas, fosfatasas) y de factores de virulencia (colagenasas, beta-lactamasas, hialuronidasa). Proteinas de transporte MEMBRANA EXTERNA estructura bilaminar, asimetrica LIPOPROTEINA DE BROWN: Se une en forma covalente al peptidoglicano y se ancla a la membrana externa
  43. 50. La membrana externa de bacterias Gram-negativas <ul><li>Bicapa proteolípídica muy asimética: </li></ul><ul><ul><li>En la lámina externa: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>60% de proteínas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>40% de lipopolisacárido (exclusivo de Gram-) </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>En la lámina interna: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>No hay lipopolisacárido </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Existen </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Fosfolípidos </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Lipoproteínas </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Otras proteínas </li></ul></ul></ul></ul>
  44. 51. Composición del lipopolisacárido (LPS) <ul><li>Región proximal:Lípido A (hidrófobo) </li></ul><ul><li>Región intermedia: oligosacárido medular </li></ul><ul><li>Región distal: cadena lateral específica, polisacarídica (hidrófila): Antígeno somático “O” de bacterias Gram-negativas </li></ul>
  45. 52. 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
  46. 53. Papeles y funciones del LPS (1) <ul><li>Papel estructural: Carácter masivo lípido A  </li></ul><ul><ul><li>Menor fluidez de esta membran </li></ul></ul><ul><ul><li>Más resistente a detergentes y solventes </li></ul></ul><ul><li>Las cadenas laterales  </li></ul><ul><ul><li>menos permeable a moléculas hidrofóbicas (Ej.: resisten mejor muchos antibióticos) </li></ul></ul><ul><ul><li>Antígeno somático “O” bacterias Gram-negativas </li></ul></ul><ul><ul><li>Condiciona virulencia en bacterias patógenas </li></ul></ul><ul><li>Se une a cationes Mg, Zn </li></ul><ul><ul><li>Si añadimos agente quelante, como EDTA  desorganización de la membrana externa </li></ul></ul>
  47. 54. Papeles y funciones del LPS (2) <ul><li>Región del lípido A: endotoxina </li></ul><ul><ul><li>Papel positivo: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>El macrófago reconoce el LPS, y libera citoquinas  activa el sistema inmune </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Papel negativo: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>A veces, el sistema inmune se activa “en exceso” por el LPS, dando síntomas patológicos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Inducción de fiebre (pirogenicidad) </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Hipotensión, a veces con fallo cardiaco </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Actividad necrótica en tejidos </li></ul></ul></ul></ul>
  48. 55. Proteínas de la membrana externa <ul><li>Porinas: forman trímeros, con canales interiores que atraviesan la membrana externa </li></ul><ul><ul><li>Solo dejan pasar moléculas por debajo de cierto tamaño (<500-700 Da) </li></ul></ul><ul><ul><li>En enterobacterias: protección frente a sales biliares </li></ul></ul><ul><li>Canales específicos: </li></ul><ul><ul><li>Para vitamina B12 </li></ul></ul><ul><ul><li>Para quelatos de F </li></ul></ul><ul><ul><li>Para ciertos nutrientes </li></ul></ul>
  49. 56. Papeles y funciones de la membrana externa (2) <ul><li>Condiciona propiedades de superficie: </li></ul><ul><ul><li>Grado de humedad </li></ul></ul><ul><ul><li>Adhesividad </li></ul></ul><ul><ul><li>Carga eléctrica </li></ul></ul><ul><li>Lugar donde se fijan las proteínas del sistema defensivo Complemento del hospedador </li></ul><ul><li>Lugares de adsorción de ciertos fagos </li></ul>
  50. 57. El espacio periplásmico (periplasma) <ul><li>Compartimento acuoso, relleno del gel periplásmico: </li></ul><ul><ul><li>RNasas y fosfatasas </li></ul></ul><ul><ul><li>Proteínas de transporte de ciertos nutrientes </li></ul></ul><ul><ul><li>Proteínas de unión a señales químicas </li></ul></ul><ul><ul><li>En desnitrificantes y quimiolitoautotrofas: proteínas de transporte de electrones </li></ul></ul><ul><li>Función de osmorregulación </li></ul>
  51. 58. <ul><li>El PG de Gram-positivas está inmerso en una matriz aniónica (hasta 50%) de: </li></ul><ul><ul><li>Ácidos teicoicos: polímeros (n<30) de ribitol-P o glicerol-P, con –OH sustituidos por –H, azúcares, aminoazúcares o D-ala </li></ul></ul><ul><ul><li>Ácidos teicurónicos (en ausencia de P): copolímeros de urónicos y aminoazúcares </li></ul></ul><ul><ul><li>Ácidos lipoteicoicos: glicerol-teicoicos unidos a la membr. citopl. Sus extremos quedan expuestos hacia el exterior </li></ul></ul>La matriz de la pared celular de las Gram-positivas
  52. 59. <ul><li>Ácidos teicoicos </li></ul><ul><li>Polisacárido unido a la pared celular, el termino incluye a toda la pared, membrana o polímeros capsulares que contienen glicerolfosfato o residuos de fosfato de ribitol </li></ul>
  53. 60. Polimero de ribosa, son antigenos de superficie, caracterizan y serotipifican, promueven la adhesión (proteina M de S. pyogenes ). El ác. teicoico es un factor de virulencia. Tiene una actividad endotoxica
  54. 61. Pared de las bacterias ácido-alcohol resistentes (AAR) <ul><li>Pared especial de ciertas Gram-positivas: Nocardia, Mycobacterium </li></ul><ul><li>Resisten la decoloración con clorhídrico-etanol (  ácido-alcohol resistentes) </li></ul><ul><li>Esta propiedad deriva de: </li></ul><ul><ul><li>Ácidos micólicos </li></ul></ul><ul><ul><li>Glucolípidos </li></ul></ul><ul><ul><li>Ceras </li></ul></ul>
  55. 62. Papeles conferidos por la pared AAR <ul><li>Aspecto y consistencia cérea de las colonias en placas de Petri </li></ul><ul><li>En líquidos crecen formando grumos </li></ul><ul><li>Gran impermeabilidad </li></ul><ul><ul><li>Resistencia a desecación </li></ul></ul><ul><ul><li>Resistencia a agentes antibacterianos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Detergentes </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Oxidantes </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ácidos y bases </li></ul></ul></ul>

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