T3 - ESTRUCTURA BACTERIANA

Question 1

CLASIFICACIÓN MORFOLÓGICA DE BACTERIAS

Answer 1

COCOS: Bacterias de forma esférica, pueden agruparse en parejas (diplococos), cadenas (estreptococos) o racimos (estafilococos).

BACILOS: Bacterias con forma de bastón, algunas veces alargados o ligeramente curvados.

ESPIRILOS: Bacterias con forma helicoidal o espiral rígida, se desplazan con flagelos externos.

ESPIROQUETAS: Bacterias en forma de espiral flexible, con movimiento gracias a filamentos axiales internos.

CÉLULAS CON EXTENSIONES/APÉNDICES: Bacterias con estructuras como pili, fimbrias o prostecas que les permiten adherirse o aumentar su superficie.

FORMAS FILAMENTOSAS: Bacterias que forman largas cadenas o filamentos, como algunas especies del género Actinomyces.

Question 2

AGRUPACIONES CELULARES DE COCOS

Answer 2

División en cualquier plano; tras la división los cocos individuales pueden quedar unidos.

INDIVIDUALES

PAREJAS (DIPLOCOCOS)

CADENAS (estreptococos): divisiones en el mismo plano.

TÉTRADAS (4 COCOS): dos divisiones en planos perpendiculares.

OCTETOS CÚBICOS (SARCINA): tres divisiones en planos perpendiculares:

GRUPOS IRREGULRES (Estafilococos): divisiones en distintos planos.

Question 3

AGRUPACIONES CELULARES DE BACILOS

Answer 3

División por el plano ecuatorial.

INDIVIDUALES

PAREJAS (DIPLOBACILOS)

CADENAS (estreptobacilos)

COCOBACILOS

Question 4

TAMAÑO BACTERIANO

Answer 4

A pesar de que todas las bacterias son microscópicas, presenta tamaños heterogéneos, ya que algunas son mucho más grandes que otras (0,5-1 micras; 5 micras).

Como norma general, los microorganismos eucariotas son de mayor tamaño que las bacterias, ya que presentan mitocondrias y/o cloroplastos en su interior, las cuales tienen un tamaño similar al de una bacteria, lo que refuerza la teoría endosimbionte del origen de la célula eucariota.

Las levaduras (hongos unicelulares) presentan tamaños en torno a las 2 -10 micras de ancho y 4 - 50 micras de largo. Un ejemplo de levadura es el Saccharomyces cerevisiae (5-10 micras).

Question 5

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS BACTERIAS

Answer 5

A excepción de las sustancias de reserva y la capsula, podemos considerar que el 75% del peso total de la bacteria es agua, mientras que el 25% restante son componentes del peso seco.

El peso seco de la bacteria tiene una distribución heterogénea en la célula:
ADN ⭢ 3 - 4%
ARN ⭢ 10 - 20%
LÍPIDOS ⭢ 10%
POLISACÁRIDOS ⭢ 20%
PROTEÍNAS ⭢ 50%

El porcentaje de RNA es variable en función de la actividad de síntesis proteica de la bacteria. Cuanto mejores sean las condiciones del medio en el que se encuentra una bacteria, más rápido crecerá y se duplicará, Cuanto más rápido crece una bacteria más ribosomas necesitará y por tanto tendrá más RNA.

Question 6

ELEMENTOS PRESENTES EN UNA CÉLULA PROCARIOTA

Answer 6

Las células procariotas son estructuras simples pero funcionales. Los principales elementos presentes en una célula procariota son:

• MEMBRANA PLASMÁTICA: Límite que rodea la célula, regulando el intercambio de sustancias.
  -PARED CELULAR: Estructura rígida que proporciona soporte y protección, compuesta principalmente de peptidoglicano (en bacterias).
• CITOPLASMA: Sustancia gelatinosa que llena la célula y en la que ocurren las reacciones metabólicas.
• ADN CROMOSÓMICO: Una molécula de ADN circular ubicada en una región llamada nucleoide.
• PLÁSMIDOS: Pequeñas moléculas de ADN circular independientes del cromosoma principal, con genes que pueden conferir ventajas como resistencia a antibióticos.
• RIBOSOMAS: Organelos pequeños (70S) responsables de la síntesis de proteínas.
• MESOSOMAS: Invaginaciones de la membrana plasmática que participan en la replicación del ADN o en la respiración celular (en algunas especies).
• FLAGELOS: Estructuras largas en forma de filamento, utilizadas para la movilidad.
• FIMBRIAS o PILI: Proyecciones cortas que permiten la adhesión a superficies o el intercambio de material genético (pili sexuales).
• GRÁNULOS D ERESERVA: Depósitos de sustancias como glucógeno, lípidos o fosfatos, utilizados como fuente de energía.
• VESÍCULAS DE GAS: En algunas bacterias, permiten la flotación en ambientes acuáticos.
• CÁPSULA: Estructura externa gelatinosa compuesta de polisacáridos o polipéptidos, que protege contra la desecación y el ataque del sistema inmune.

Cada uno de estos elementos contribuye a las funciones esenciales de las células procariotas, como la protección, nutrición, reproducción y movilidad.

Question 7

PARED CELULAR BACTERIANA

Answer 7

La pared celular de las Gram positivas es más gruesa y uniforme que la pared de las bacterias Gram negativas, que es más fina y compleja (estratificada).

EXCEPCIÓN → Micobacterias: presentan pared celular Gram-positiva, con elevado contenido en lípidos (ácidos micólicos), una pared más gruesa e hidrofóbica (AAR).

EXCEPCIÓN → Micoplasmas: bacterias sin pared celular (tienen una membrana plasmática estabilizada por su contenido en esteroles).

Question 8

COMPONENTES DE LA PARED CELULAR GRAM-POSITIVA

Answer 8

• Péptidoglucano o mureína
• Ácidos teitoicos
• Ácidos lipoteicoicos

Question 9

PÉPTIDOGLUCANO O MUREÍNA

Answer 9

Está compuesto por:

• Una parte polisacarídica de largas cadenas formadas por la repetición de dos subunidades de azúcares derivados de la glucosa (N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico) unidas por enlaces covalentes beta (1,4).
• Una parte peptídica (tetrapétido). 4 aa que se unen al grupo amino del NAM (enlaces peptídicos) formando un GLUCOTETRAPÉTIDO. El tercer aa tiene un grupo amino (-NH2) en la cadena lateral (L-LISINA en las Gram+) y el cuarto tiene libre un grupo carboxi-terminal. Estos dos grupos forman enlaces covalentes entre tetrapéptidos de cadenas distintas (mediante puentes peptídicos) para formar una macroestructura tridimensional.

Los tetrapéptidos de cadenas de peptidoglucano distintas se unen entre sí en un proceso de transpeptidación. En la pared Gram positiva la unión es indirecta a través de un puente peptídico de 5 aa. Consiste en un enlace cruzado en el que, el 4º aa del tretapéptido de una cadena se une con el 3er aa de un tretrapéptido de otra.

Una cadena se une por muchos puntos a otras
cadenas, formando una red o reja que protege a la célula, de forma que la pared actúa como una sola macromolécula.

Question 10

ÁCIDOS TEITOICOS

Answer 10

Son cadenas largas de polímeros ácidos de polialcoholes derivados de azúcares, unidos por enlaces fosfodiéster, entre los hidroxilos de los carbonos terminales del polialcohol (tienen carga negativa en los fosfatos, que se combinan con Ca+2 y Mg+2). Pueden ser:

• GLICEROL TEICOICOS.
• RIBITOL TEICOICOS. El ribitol es un polialcohol derivado de la ribosa.

El hidrógeno de los hidroxilos (-OH) de los carbonos centrales pueden sustituirse por H, aminoácidos, o azucares. Cada especie tiene una composición propia de ácidos teicoicos.

Algunos están unidos por un extremo a un ácido graso que se inserta en la bicapa lipídica de la membrana plasmática (ácidos LIPOTEICOICOS). Son específicos de especie y son antigénico, desencadenan una respuesta inmunitaria al reconocerlos como moléculas extrañas. Se encargan de regular la biosíntesis de mureína (las cargas negativas se combinan con cationes divalentes, y regulan la autolisis.

Question 11

COMPONENTES DE LA PARED CELULAR GRAM-NEGATIVA

Answer 11

PERIPLASMA:
- Péptidoglucano o mureína
- Espacio periplasmático

MEMBRANA EXTERNA:
-Lipopolisacárido (LSD): Antigeno O + Núcleo del polisacárido + Lípido A
- Porinas

Question 12

PÉPTIDOGLUCANO (MUREÍNA) PARED DE GRAM-NEGATIVAS

Answer 12

La mureína en Gram-negativas es mucho más
fina que en Gram-positivas. La diferencia más
importante entre las bacterias Gram-positivo y Gram- negativo es la unión entre cadenas
diferentes de mureína.

En la pared Gram-negativa, la unión es directa y la frecuencia de enlaces cruzados entre
tetrapéptidos es menor que en Gram-positivas.

Question 13

MEMBRANA EXTENA

Answer 13

Es una estructura propia de las bacterias Gram -negativas (ausente en Gram positivas). Está formada por una bicapa lipídica (fosfolípidos) en la que se insertan otros componentes: proteínas, lipoproteínas, y lipopolisacáridos (LPS).

PROTEÍNA: Gran variedad, destacan las porinas.

• PORINAS: proteínas transmembrana que forman poros que permiten el paso de moléculas (nutrientes) al espacio periplásmico o periplasma. Hay distintas porinas y son semiespecíficas (cada tipo de porina permite el paso de un tipo de molécula o de moléculas relacionadas: azúcares, aminoácidos, etc.). Suelen agruparse en grupos de tres.

LIPOPROTEÍNAS. Tienen función estructural, ya que sirven de anclaje de la membrana externa al peptidoglucano o mureína. La parte lipídica está asociada a la bicapa lipídica de la membrana externa, y la parte proteica está unida al peptidoglucano.

LIPOPOLISACÁRIDO (LPS). Está en la parte más externa de la membrana externa, anclado a la bicapa lipídica por su parte lipídica (Lípido A), y la parte polisacarídica está orientada hacia la superficie (exterior) celular.

Question 14

Importancia del LSD en bacterias Gram-negatico

Answer 14

Es el antígeno más importante de Gram-negativas, es específico de especie (Antígeno O). Es la parte más externa de las bacterias Gram-negativas, en la superficie hidrofílica (formada por azúcares). Además, impermeabiliza a la bacteria frente al paso de algunas sustancias (desinfectantes, detergentes, antibióticos…), haciéndolas resistentes.

El LPS es la ENDOTOXINA de las bacterias Gram-negativas. Es tóxica para el hospedador, causando síntomas inespecíficos (fiebre e inflamación). La parte tóxica del LPS es el Lípido A (anclado a la membrana externa) que se libera al medio externo tras la lisis de la bacteria (endotoxina).

Question 15

ESPACIO PERIPLÁSMICO (PERIPLAMA)

Answer 15

Espacio físico intermembrana. Está delimitado por las dos membranas (externa y plasmática). Dado que las bacterias están normalmente en medios hipotónicos, el periplasma se reduce al espacio entre la mureína y la membrana externa (la membrana plasmática está unida a la mureína, que protege a la célula de la lisis por entrada de agua).

El periplasma contiene gran variedad de proteínas, muchas de ellas con actividad enzimática. Las más importantes son las que tienen actividad hidrolítica (hidrolasas) y actúan hidrolizando distintas moléculas complejas (impermeables a la membrana plasmática) para descomponerlas en componentes más sencillos que pueden ser transportados al interior celular y servir de nutrientes:
- DNAsas,
- RNAsas,
- Proteasas,
- Fosfatasas, etc.

Otras proteínas periplásmicas actúan captando nutrientes para facilitar su transporte a través de membrana plasmática.

Question 16

FUNCIONES DE LA PARED CELULAR

Answer 16

Además de las funciones específicas de sus componentes (porinas, periplasma, membrana externa, LPS, etc.) la función general de la pared celular bacteriana se puede resumir en dos aspectos:
1. FUNCION MORFOLÓGICA: da forma a la bacteria.
2. FUNCIÓN PROTECTORA: protege físicamente a la bacteria (lisis en medios hipotónicos).

Ambas funciones las realiza la mureína o peptidoglucano, estructura rígida que rodea completamente a la bacteria por fuera de la membrana plasmática. Si se elimina o deteriora la estructura de la mureína, pierde su función morfológica y protectora. Se puede conseguir mediante:

• Tratamiento con lisozima (enzima que hidroliza el enlace beta (1,4) entre los azúcares del péptidoglucano) que genera protoplastos (células sin pared).
• Tratamiento con antibióticos que inhiben la
  biosíntesis de la mureína (como las penicilinas, que inhiben la transpeptidación) que genera esferoplastos (células sin pared funcional).

Los protoplastos/esferoplastos se lisan en medios hipotónicos por entrada de agua, y en medio isotónicos adoptan forma esférica (independientemente de la morfología de la bacteria original).

Question 17

BIOSÍNTESIS DE MUREÍNA

Answer 17

Es un proceso muy complejo, ya que la mureína es una macroestructura extracelular que rodea completamente a la bacteria por fuera de la membrana plasmática.

Las primeras etapas de biosíntesis ocurren en el citosol, donde se forman cadenas de peptidoglucano precursoras que deben atravesar la membrana plasmática con la intervención de un lípido transportador, proceso llamado TRANSLOCACIÓN, y posteriormente integrarse en la mureína ya formada (preexistente) mediante la reacción de TRANSPEPTIDACIÓN (última etapa de la biosíntesis).

Además, la mureína debe permitir el crecimiento celular (aumento de tamaño de la célula) y su división, por lo que NO es una estructura completamente rígida, es dinámica. El crecimiento celular se consigue gracias a un equilibrio perfecto entre la degradación controlada de la mureína en zonas concretas, por acción de enzimas hidrolíticos (AUTOLISINAS) y la incorporación de las cadenas de nueva síntesis, de forma que la mureína crece en tamaño sin dejar de ser funcional.

Es una diana ideal para antibióticos antibacterianos, ya que al ser una estructura propia de las bacterias (ausente en mamíferos), los antibióticos que actúan inhibiendo la síntesis de mureína son
muy poco tóxicos ⭢ las penicilinas y las cefalosporinas).

Question 18

PARED CELULAR DE LAS ARQUEAS

Answer 18

Tienen distintos modelos de pared celular, propios de cada especie (polisacáridos, glucoproteínas, pseudopéptidoglucano, sin pared). No obstante, presentan una característica común: NO tienen peptidoglucano o mureína similar al de las bacterias. Esta estructura tiene una función morfológica y protectora.

Question 19

CÁPSULA Y CAPAS MUCOSAS

Answer 19

Son estructuras extracelulares, formadas por material secretado por la bacteria, que la rodea por fuera de la pared celular. Si su aspecto es consistente y con límites bien definidos se le denomina CÁPSULA, pero si son estructuras más finas y difusas, de bordes poco definidos se conoce como CAPA MUCOSA. Pueden tener gran tamaño, con un grosor superior al de la bacteria y varias bacterias pueden estar englobadas dentro de una misma cápsula.

Solo la pueden formar algunas bacterias (necesitan los genes necesarios) por lo que tiene carácter hereditario. No es indispensable para la viabilidad celular, pues las bacterias patógenas capsuladas pueden perder la cápsula cuando se cultivan en el laboratorio y siguen siendo viables.

Composición:
POLISACÁRIDOS (Klebsiella, pneumoniae, Streptococcus, pneumoniae) pueden ser de 2 tipos: HOMOPOLISACÁRIDOS o HETEROPOLISACÁRIDOS.
OTROS: polímeros del aminoácido d-glutámico (POLI-D-GLUTÁMICO) (Bacillus anthracis).

Funciones: Al rodear externamente a la bacteria, tienen una función protectora frente a la desecación (además tienen un alto contenido en agua) y a la infección por virus bacterianos o bacteriófagos (enmascaran a
los receptores de la superficie de la bacteria que son reconocidos por los virus).

Son consideradas como FACTORES DE VIRULENCIA (favorecen la capacidad de las bacterias para causar infecciones) y permiten la adhesión a los tejidos (mucosas) del hospedador, por lo que favorecen la colonización de las mucosas (adhesinas). Además, confieren resistencia a la fagocitosis por las células fagocíticas (macrófagos, neutrófilos) del sistema inmunitario del hospedador.

Question 20

FÍMBRIAS

Answer 20

Las FIMBRIAS son estructuras filamentosas, cortas (más cortas que pelos y flagelos) y muy numerosas. Se distribuyen por toda la superficie de la bacteria. Son de composición proteica, y tienen carácter antigénico. Permiten a las bacterias adherirse a los tejidos/mucosas del hospedador (adhesinas) y favorecen su colonización por bacterias patógenas: FACTOR DE VIRULENCIA. Por ejemplo, Neisseria gonorrhoeae (gonorrea), las cepas sin fimbrias no son virulentas (no causan infección)

Question 21

PELOS

Answer 21

Los PELOS (PILI) son filamentos más largos que las fimbrias y mucho menos numerosos (solo uno o unos pocos). Están formados por proteína y son antigénicos. Entre sus funciones está actuar como receptor de bacteriófagos/ desconocida/ pelo sexual.

Algunas bacterias presentan un pelo sexual que interviene en un proceso de intercambio de material genético (recombinación) entre bacterias: CONJUGACIÓN BACTERIANA. Para que la conjugación ocurra, la bacteria donadora de material genético (DNA) debe tener un pelo sexual para iniciar dicho proceso. Los genes necesarios para la formación de dicho pelo están en plásmidos (plásmidos conjugativos).

Question 22

FLAGELOS

Answer 22

Es la estructura responsable del movimiento bacteriano (excepto en las espiroquetas, que tienen un modo de desplazamiento especial, gracias al filamento axial). Es más frecuente en bacterias Gram-negativas. Las bacterias pueden tener uno o muchos flagelos, el número y distribución es característico de cada especie (tiene valor taxonómico):

• ATRICAS ⭢ 0 flagelos (sin flagelo).
• MONOTRICAS ⭢ 1 flagelo (polar).
• ANFITRICAS ⭢ 2 flagelos (uno en cada polo).
• LOFOTRICAS ⭢ Varios flagelos (en uno o en los dos polos).
• PERITRICAS ⭢ Numerosos flagelos por toda la superficie.

Question 23

PARTES DEL FLAGELO

Answer 23

FILAMENTO: La parte más fina, que sobresale por fuera de la pared bacteriana, es muy largo y puede presentar ondulaciones. Formado por la agregación de una subunidad proteica (flagelina) en una estructura helicoidal con un hueco central.

GANCHO: estructura proteica que sirve como adaptador para que el filamento encaje con el cuerpo basal.

CUERPO BASAL: Es una estructura proteica compleja que permite el anclaje del flagelo a la pared celular y a la membrana plasmática. Su estructura es más compleja en bacterias Gram-negativas (pared celular multiestratificada). Consta de un cilindro central que atraviesa la pared celular por el interior de 4 anillos situados a nivel de la membrana externa (un anillo), mureína (un anillo) y membrana plasmática (dos anillos). A nivel de la membrana plasmática se localizan un conjunto de proteínas que constituyen el motor del flagelo, que en su parte más interna está en contacto con el citosol. En bacterias Gram-positivas la estructura del flagelo es similar, pero más simple, ya que el cuerpo basal tiene solo dos anillos.

Question 24

MOVIMIENTO BACTERIANO

Answer 24

El flagelo actúa como un motor a propulsión. El filamento gira sobre sí mismo (como una hélice) y al estar anclado a la bacteria por el cuerpo basal, la bacteria se desplaza. Consume energía, como cualquier motor: ATP y/o gradiente de protones (por eso ha de estar a nivel de la membrana plasmática y en contacto con el citosol, para obtener la energía). En las bacterias con varios flagelos, el movimiento de cado uno ha de estar coordinado con los demás.

Es RÁPIDO y ANÁRQUICO: cambia de dirección con una frecuencia muy elevada (la bacteria se desplaza cambiando continuamente de dirección).

Las bacterias pueden desplazarse con movimientos dirigidos en respuesta a varios estímulos externos/ambientales (TAXIAS). Estas respuestas pueden ser POSITIVAS o DE ATRACCIÓN (la bacteria se desplaza hacia el estímulo) o NEGATIVAS o DE REPULSION (la bacteria se aleja del estímulo).

• QUIMIOTAXIA: respuesta a estímulos químicos. Atracción por nutrientes (azúcares, aa) y repulsión a sustancias antimicrobianas (desinfectantes).
• AEROTAXIA: respuesta al oxígeno (bacteria aerobias o anaerobias).
• FOTOTAXIA: respuesta a la luz (bacterias fotótrofas).
• TERMOTAXIA: respuesta a la temperatura.

Es un mecanismo complejo mediante el cual, la bacteria se mueve anárquicamente y cuando detecta una fuente de estímulo, mantiene la dirección más tiempo antes de cambiar (atracción), o menos tiempo (repulsión), lo que causa un acercamiento o alejamiento del estímulo.

Question 25

MEMBRANA PLASMÁTICA

Answer 25

Estructura que rodea completamente al citoplasma, situada por debajo de la pared celular, separando el interior del exterior. Es la
estructura que controla/regula el intercambio de sustancia entre la bacteria y el medio exterior (PERMEABILIDAD SELECTIVA). Su
función es esencial para la vialidad celular. Está compuesta por lípidos (fosfolípidos) y proteínas dispuestas según el modelo del mosaico fluido.

Consiste en una BICAPA LÍPIDICA formada por dos capas de fosfolípidos, con la parte hidrófila en ambas superficies, en la que se insertan los demás componentes: Proteínas (integrales, periféricas), Glicolípidos, Oligosacáridos y Hopanoides (no tienen esteroles) que confieren rigidez a la membrana.

La bicapa lipídica actúa como una lámina fluida por donde los demás componentes pueden desplazarse (Mosaico Fluido): la fluidez de la membrana es muy importante para su correcto funcionamiento. Depende de la temperatura (bicapa lipídica), modificando la composición de los fosfolípidos de la membrana, para mantener la fluidez adecuada a temperaturas distintas.

Question 26

MEMBRANA PLASMÁTICA EN ARQUEAS

Answer 26

Las arqueas presentan una membrana plasmática formada por derivados ISOPRENOIDES (no tienen fosfolípidos) que pueden presentar bicapas y monocapa lipídica.

Question 27

FUNCIONES DE LA MP

Answer 27

Es una estructura con poca resistencia física (bicapa fluida de fosfolípidos) y sin función morfológica. No protege a célula de la entrada de agua por ósmosis, por eso los protoplastos se lisan en medios hipotónicos.

Es una estructura de anclaje de proteínas con funciones variadas: transporte de nutrientes (permeasas), obtención de energía (ATPasa) y quimiotaxia.

• Permeabilidad selectiva: previene la salida y pérdida de material citosólico, y actúa como puerta de entrada de nutrientes y de salida se sustancias tóxicas.
• Obtención de energía: todos los elementos de la cadena respiratoria se localizan en la membrana plasmática, donde se genera el potencial de membrana (gradiente de protones) durante la respiración.

Las bacterias necesitan transportar activamente los nutrientes a través de la membrana plasmática, ya que estos suelen estar bastante diluidos en el medio externo, y muy pocos pueden atravesar la membrana por difusión simple, lo que implica la participación de transportadores (proteínas transmembrana - permeasas) específicos que consumen energía (ATP o Potencial de membrana) y son muy eficientes.

En cambio, el transporte pasivo por difusión simple es proporcional a la concentración de nutrientes sin consumo de energía.

TRANSPORTE PASIVO (DIFUSIÓN FACILITADA): actúa una proteína de membrana, no consume energía y se produce a favor de un gradiente de concentración (permite el paso del nutriente en ambos sentidos).

TRANSPORTE ACTIVO: participan transportadores específicos, consumen energía, actúan en contra del gradiente de concentraciones.
1. Consume energía proveniente del potencial de membrana
(gradiente de protones).
2. Translocación de grupo: el sustrato se fosforila al ser
transportado.
3. Transportadores ABC: Consumen ATP.

Question 28

RIBOSOMAS BACTERIANOS

Answer 28

Es la estructura responsable de la síntesis proteica (traducción). Es una estructura compleja formada por moléculas de RNA (RNAr) y proteínas ribosomales. Los ribosomas bacterianos presentan un coeficiente de sedimentación 70S (ribosoma completo). Es una característica física que depende de la forma, tamaño y densidad de las partículas.

Consta de dos subunidades: la subunidad pequeña (30S) y la grande (50S). Están presentes en gran número en el citoplasma bacteriano (su número aumenta con la velocidad de crecimiento de la bacteria).

Question 29

TRADUCCIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Answer 29

El RNAm contiene la información (secuencia de nucleótidos) que codifica la cadena polipeptídica (secuencia de aminoácidos). La relación entre ambas secuencias (nucleótidos y aminoácidos) es el código genético (un aa esta codificado por tres nucleótidos: CODÓN). Hay un total de 64 codones (combinaciones de las 4 bases en grupos de tres: 61 codón codifican los 20 aa que forman las proteínas; 3 codones no codifican: sin sentido/stop traducción).

El ribosoma comienza la síntesis de la proteína en el codón de iniciación (cerca del extremo 5’ del RNAm, y se desplaza por éste incorporando un aminoácido por cada codón que es traducido, hasta llegar al codón de terminación, cerca del extremo 3’ del RMAm.

El RNAt trasporta los aa al sitio de la síntesis proteica (cada tRNA transporta un aa concreto en función del anticodón, que es complementario del codón correspondiente). La síntesis de proteína ocurre desde el extremo amino-terminal (primer aa incorporado) al extremo carboxi-terminal (último aa incorporado).

Una misma molécula de RNm puede ser traducida simultáneamente por varios aa: poliribosomas.

La síntesis de las proteínas de secreción ocurre en ribosomas (poliribosomas adosados a la cara interna de la membrana plasmática (En EUCARIOTAS tiene lugar en ribosomas unidos la Retículo Endoplásmico, para ser trasportadas en vesículas de secreción que se fusionan con la membrana plasmática, liberando su contenido).

Question 30

DIFERENCIA DE RIBOSOMAS EN BACTERIAS, ARQUEAS Y EUCARIOTAS

Answer 30

El ribosoma de las bacterias es estructuralmente similar al de las arqueas (70S) y distinto al ribosoma eucariota (80S).

Funcionalmente, el ribosoma de las arqueas (70S) es más parecido al ribosoma eucariota (80S) que al ribosoma de las bacterias (70S), pues presentan similar sensibilidad/resistencia a algunos inhibidores de la síntesis de proteínas (antibióticos que inhiben la síntesis proteica del ribosoma 70S bacteriano, como el cloranfenicol y la estreptomicina, no afectan al ribosoma 80S eucariota, ni al 70S de las arqueas).

El ribosoma 70S de las bacterias es una buena diana para antibióticos antibacterianos, que actuarán selectivamente frente a las bacterias, sin afectar al hospedador (toxicidad selectiva).

Question 31

CROMOSOMA BACTERIANO

Answer 31

El material genético (ADN) se encuentra en el cromosoma bacteriano, disperso en el citoplasma. No tienen un núcleo delimitado por una membrana nuclear, como en la célula eucariota, por lo que el material genético se tiñe con colorantes con afinidad por el DNA. Muchas bacterias tienen material genético
extracromosomal: PLÁSMIDOS.

Está formado por una molécula de DNA bicatenaria (doble hélice, dos cadenas complementarias y antiparalelas con polaridad/orientación opuesta: 5’-3’ y 3’-5’) y cerrada (sin extremos). Es una molécula muy larga y fina con una estructura superenrrollada (ordenada y dinámica) que debe permitir los procesos de transcripción y de replicación.

Su estructura es completamente diferente al cromosoma eucariota. No está asociado a histonas (no hay nucleosomas), pero está estabilizada mediante uniones con
cationes divalentes, poliaminas y proteínas (no histonas) con carga positiva. Su estructura se ha podido determinar mediante la observación al microscopio electrónico de cromosomas bacterianos intactos (obtenidos en condiciones de lisis suave de las bacterias).

Contiene varias zonas o dominios de superenrrollamiento, alrededor de una zona central que contiene también proteína (RNA polimerasa, responsable de la transcripción de los genes en RNAm).

Question 32

REPLICACIÓN DEL ADN BACTERIANO

Answer 32

Tras cada división celular, cada bacteria debe contener una copia completa del cromosoma, por lo que el cromosoma debe duplicarse antes de la división celular. Es un proceso complejo en el que la estructura tridimensional del cromosoma (superenrrollamiento) debe perderse para permitir que las dos cadenas de DNA se separen y sean copiadas por la DNA polimerasa (enzima que sintetiza las nuevas cadenas de DNA copiando las cadenas originales, que sirven de molde para sintetizar las complementarias). En este proceso intervienen numerosas proteínas (helicasas, DNAgirasas…).

La replicación comienza en un punto concreto del cromosoma (origen de replicación) y es bidireccional y semiconservativa. A partir del origen de replicación, las dos cadenas originales de van separando en ambas direcciones (dos horquillas de replicación). A medida que se van separando, la DNA polimerasa va copiando las cadenas complementarias, hasta que se completa la replicación del cromosoma.

Los dos cromosomas generados tras la replicación contienen una cadena original y una cadena de nueva síntesis. La dirección de síntesis de las cadenas es 5’ → 3’, por lo que, en cada horquilla de replicación, la síntesis de una cadena es continua (va en dirección de la apertura de la horquilla) y la otra es discontinúa (va en dirección opuesta). El resultado es la formación de los fragmentos de Okazaki que unirá la ligasa para formar una cadena completa de DNA.

La replicación del cromosoma ocurre a la vez que la célula crece. El cromosoma está anclado a un punto de la membrana plasmática y, a medida que se replica el
cromosoma, la célula crece y se duplica también el punto de anclaje a la membrana y el cromosoma en replicación pasa a estar anclado a dos puntos.

A medida que se completa la replicación, la célula crece en tamaño, y los puntos de unión a la membrana se separan, arrastrando cada cromosoma a una parte de la bacteria. Cuando del proceso acaba, se forma un tabique de separación y se separan las dos células (bipartición, escisión binaria), generándose dos células idénticas, cada una con una copia completa del cromosoma.

Question 33

PLASMIDOS

Answer 33

Están presentes en muchas bacterias, son moléculas de DNA bicatenario, circular (cerrado, sin extremos) independientes del cromosoma bacteriano. Se replican autónomamente del cromosoma ya que cada plásmido tiene su propio origen de replicación. Su tamaño es mucho menor que el del cromosoma (su replicación por tanto es mucho más rápida) y pueden estar en elevado número de copias por bacteria.

No existe un mecanismo de distribución de los plásmidos tras la división celular, ya que se reparten al azar entre las dos células generadas (tras cada división, parte de la población bacteriana puede perder el plásmido). Contienen genes que confieren características propias la bacteria que contiene el plásmido.

Question 34

INCLUSIONES INTRACELULARES

Answer 34

Muchas bacterias presentan gránulos y otras inclusiones intracelulares que actúan como reserva de energía y de depósitos de precursores de componentes macromoleculares o estructurales, o bien son productos relacionados con su metabolismo.

Los más importantes son las sustancias de reserva, que se acumulan en forma de polímeros insolubles (para evitar estrés osmótico, y a veces se aíslan del resto mediante membranas “atípicas”)
cuando hay un exceso de nutrientes, y se pueden emplear como nutrientes en condiciones desfavorables (déficit de nutrientes).

Question 35

POLÍMEROS DE CARBONO

Answer 35

Gránulos de poli-β-hidroxibutirato (PHB). Polímeros de β-hidroxibutirato, que forman gránulos de gran tamaño, cuando la bacteria tiene un exceso de Acetil-CoA (se emplea para sintetizar hidroxibutirato que se acumula en forma de PHB). Sirve de fuente de carbono (para biosíntesis) y de energía (catabolismo).

Gránulos de glucógeno. Polímeros de glucosa (enlaces α-1,4 con ramificaciones α-1,6). Son pequeños gránulos, solo visibles tras tinción específica. Se acumulan cuando hay un exceso de azúcares en el medio, y sirven de reserva de carbono (anabolismo) y de energía (catabolismo).

Question 36

POLIFOSFATO DE AZUFRE

Answer 36

Gránulos de polifosfato. Acúmulos de fosfato inorgánico cuando hay un exceso de ATP, que se emplea para formar polímeros de fosfato (el ATP cede un fosfato al polímero y pasa a ADP; la reacción inversa no ocurre: no sirve para formar ATP). Sirve de reserva de fosfato para biosíntesis (nucelótidos del ADN, ARN, fosfolípidos).

Gránulos de azufre (Sº). Acúmulos de azufre elemental en bacterias que oxidan compuestos reducidos del azufre (SH2) para obtener energía, y acumulan Sº que cuando la fuente de energía es limitante, se pueden oxidar hasta sulfato. También se acumulan en bacterias autótrofas que emplean SH2 como dador de electrones, y acumulan el producto oxidado (Sº).

Question 37

OTRAS INCLUSIONES

Answer 37

Magnetosomas. Acúmulos de magnetita, mineral de hierro (Fe3O4), rodeados de una membrana “atípica”. Sirven para orientar la bacteria en campos magnéticos,y pueden guiar a algunas bacterias acuáticas hacia el fondo marino (dirección del campo magnético), donde hay poco oxígeno y crecen mejor (magnetotaxis??).

Vesículas de gas. “Vesículas” constituidas por proteína, que forman una estructura hidrofóbica impermeable a los líquidos (agua y solutos) pero permeable a gases. Están presentes en bacterias acuáticas fotótrofas y les permite controlar su flotabilidad (modificando su densidad) y desplazarse por la columna de agua en busca de la intensidad de luz óptima.

Question 38

OTRAS ESTRUCTURAS CITOPLASMÁTICAS

Answer 38

CARBOXISOMAS: inclusiones celulares cristalinas y poliédricas donde tiene lugar el ciclo de Calvin (bacterias autótrofas: síntesis de glucosa a partir de CO2).

BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS: pueden presentar estructuras membranosas especializadas en obtener energía a partir de la luz donde están los pigmentos fotosintéticos:

• Invaginaciones de la membrana plasmática (bacterias púrpuras).
• Membrana plasmática (heliobacterias)
• Estructuras adosadas a la membrana plasmática (clorosomas) (bacterias verdes).
• Membranas internas (membranas tilacoidales: sacos membranosos fotosintéticos presentes en el citoplasma de las cianobacterias).

Question 39

ENDOESPORA

Answer 39

Algunas bacterias (Clostridium, Bacillus) en condiciones desfavorables (como la falta de nutrientes) en las que no pueden crecer, esporulan. La espora es una forma de supervivencia (no de reproducción o multiplicación) que permite a la bacteria sobrevivir mucho tiempo en condiciones hostiles (sequedad, altas temperaturas, falta de nutrientes…).

Se genera por un proceso endógeno en el interior de la bacteria (forma vegetativa) en el que cada bacteria forma una espora (ESPORULACIÓN O ESPOROGÉNESIS). Las bacterias que esporulan poseen en su
cromosoma una serie de genes implicados en este proceso. La última etapa de les esporulación es la lisis de la bacteria y la liberación de la espora.

La posición de la espora en la bacteria y su grosor con características de cada especie que esporula, y tiene valor taxonómico para su identificación:

• POSICIÓN: espora central, espora terminal, espora subterminal.
• TAMAÑO: no deformante (menor que la forma vegetativa) deformante (mayor que la forma vegetativa, que queda deformada).

Es una forma de vida latente. Su metabolismo es prácticamente nulo (no consume nutrientes ni energía. No se multiplica.

Son difíciles de teñir (impermeabilidad a los colorantes), por lo que se requiere de tinciones especiales. Presentan un bajo contenido en agua. Son refringentes (alta concentración de solutos/proteína). Presentan un elevado contenido en ácido dipicolínico (10% del peso seco es dipicolinato de calcio que confiere la termorresistencia), y proteínas especiales (SASPs) que se unen al DNA, protegiéndolo (UV).

En condiciones favorables (humedad, temperatura, nutrientes), la espora se activa, pierde sus capas, se hidrata, y genera la forma vegetativa que ya puede multiplicarse (GERMINACIÓN DE LA ESPORA).

Question 40

ESTRUCTURA DE LA ESPORA

Answer 40

Está formada por muchas capas o envueltas (ausentes en la forma vegetativa). Desde el exterior al interior, se encuentran:

• EXOSPORIO (una fina capa de proteína que envuelve a la espora).
• CUTÍCULA o CUBIERTA ESPORAL: capa gruesa formada por proteínas hidrófobas, con puentes S-S, muy resistente (semejante a la queratina). Confiere resistencia química.
• CORTEX o CORTEZA: constituida por un péptidoglucano modificado.
• NÚCLEO DE LA ESPORA: Pared celular (Mureína) Membrana plasmática Citoplasma de la espora (muy concentrado, poca agua, rico en dipocolianto de calcio, SASPs, cromosoma bacteriano y ribosomas).

La endoespora es una forma de resustencia:
RESISTENCIA A AGENTES FÍSICOS:
- Desecación
- Radiaciones (UV)
- Altas temperaturas (termorresistencia)-

RESISTENCIA A AGENTES QUÍMICOS
- Desinfectantes (ácidos, detergentes, colorantes)
- Quimioterápicos antibacterianos (antibióticos)

Question 41

ESPORULACIÓN

Answer 41

1. PRODUCCIÓN DE ANTIBIÓTICOS.
   El género Bacillus contiene especies productoras de antibióticos antimicrobianos que se producen durante el proceso de esporulación que se liberan en cultivos en fase estacionaria y después de iniciarse la esporulación, y probablemente controlan el proceso. Bacillus polymyxa; Bacillus subtilis; Bacillus
   licheniformis…
   ▶ Antibióticos lipopeptídicos, como la bacitracina, polimixina, gramicidina, subtilina)
2. FORMACIÓN DE CUERPOS PARAESPORALES.
   Inclusiones/estructuras proteicas asociadas a la espora, que se forman durante la esporulación en algunas especies.

En algunos casos (Bacillus thuringiensis; Bacillus popilliae) se trata de estructuras cristalinas formadas por una proteína muy toxica para muchos insectos (lepidópteros, dípteros, coleópteros) empleada como insecticida en la lucha biológica frente a plagas, ya que su toxicidad en plantas, humanos e insectos polinizadores es nula o muy baja. Se suelen emplear esporas o los cristales de proteína. Actualmente la proteína tóxica puede obtenerse mediante técnicas de ingeniería genética.

Question 42

MOHOS

Answer 42

Los hongos pueden causar enfermedades (infecciones) denominadas MICOSIS, así como toxinas en alimentos (micotoxinas).

Los MOHOS son hongos filamentosos microscópicos, pluricelulares. Son inmóviles y ramifican, además de poseer una pared celular diferente a la bacteriana que presenta un polisacárido (quitina, glucano, manano/manoproteínas). Algunas especies tienen capacidad de crecimiento en condiciones extremas (pH ácido, baja aw y alta presión osmótica). Los hongos filamentosos también pueden producir micotoxinas. Presentan una estructura intracelular con todos los orgánulos subcelulares propios de la célula eucariota (no tiene cloroplastos, al no ser fotosintéticos).

Algunos ejemplos de hongos con estos efectos en la salud:

Infecciones

• Candida albicans (candidiasis)
• Aspergillus fumigatus (aspergilosis)
• Cryptococcus neoformans (criptococosis)
• Histoplama capsulatum (histoplasmosis)

Micotoxinas

• Aspergillus spp
• Penicillium spp

También se emplean en la obtención de alimentos gracias al proceso de fermentación: Fermentación alcohólica u obtención de kéfir, quesos Interés biotecnológico (ej. Queso azul).

• Saccharomyces cerevisiae (pan, vino, cerveza: fermentación alcohólica)
• Penicillium roquefortii (queso azul)

Question 43

ESTRUCTURAS REPRODUCTORAS EN HONGOS

Answer 43

• Hongos IMPERFECTOS : esporas asexuales (no tienen fase sexual conocida).
• Hongos PERFECTOS: esporas asexuales y sexuales. Tienen en su ciclo biológico una fase sexual y otra asexual (en ocasiones ambas fases se han identificado como especies distintas).

A diferencia de las esporas bacterianas (endosporas), en hongos las esporas son formas de reproducción (muy abundantes). Son más resistentes que la forma vegetativa del hongo a condiciones ambientales adversas (desecación, etc.).

Question 44

HONGOS LEVADURIFORMES

Answer 44

Microorganismos eucariotas (hongos) unicelulares, inmóviles, con pared celular con polisacáridos (quitina, glucano, manano/manoproteínas).

Son células esféricas, ovoides, o alargadas (según especies) con un citoplasma compartimentalizado con las estructuras/orgánulos membranosos subcelulares eucariotas (núcleo, mitocondrias, RE, etc. Carecen de cloroplastos (no son organismos fotosintéticos).

REPRODUCCIÓN:
- Asexualmente por gemación.
- Sexualmente por ascosporas (en algún caso por fisión) (n) (cepas diploides: 2n) MEIOSIS

Saccharomyces cerevisiae presenta una fase haploide (n) levadura/gemación (cepas haploides: a, α) y una fase diploide (2n) levadura/gemación (cepas diploides). La fase diploide es indistinguible morfológicamente de las haploides, por lo que no puede distinguirse en un cultivo.

El crecimiento de levaduras en alimentos causa cambios en sus componentes (azúcares, proteínas, aminoácidos, lípidos), lo que tiene efectos perjudiciales (alteración) o beneficiosos (obtención). Esta característica se emplea para obtener alimentos (fermentación) o alterarlos.