BIOLOGÍA CELULAR DE PROCARIOTES

QFB ANTONIO SÁNCHEZ SÁNCHEZACADEMIA DE MICROBIOLOGÍA GENERAL

Célula completa

• Envolturas - Cápsula - Membrana externa - Peptidoglicana - Membrana Citoplásmica • Apéndices - Flagelo - Fimbrias - Pili

• Interior - Citoplasma - Cromosoma - Ribosomas

• Otras - Endoesporas - Inclusiones - Sistemas intermembranales - Cristales paraesporales - Quistes - Esporas exteriores

CÉLULA COMPLETA

QFB ANTONIO SÁNCHEZ S.

MICROBIOLOGÍA GENERAL

GLICOCÁLIX• Conjunto de estructuras superficiales

bacterianas, exteriores respecto de la P.C.

Compuestas de polisacáridos o glicopéptidos.

• Cápsula• Capa mucosa• Vaina• Zooglea

CÁPSULA

• Estructura superficial consistente en acumulación de material mucoso o viscoso, situado externamente respecto de la pared celular (capa S o vaina).

CÁPSULA

CÁPSULA

• Las cápsulas se pueden describir en función de:

A) Su grado de asociación con la

superficie celular subyacente (sobre

todo pared)

• B) Su consistencia y sus límites externos;

CÁPSULA

• Integral: íntimamente asociada con la superficie celular, a saber, con la P.C.

• Periférica: asociada a la superficie celular sólo en determinadas condiciones, pero finalmente se dispersa al medio exterior.

CÁPSULA

• Rígida: con suficiente consistencia estructural como para evitar la entrada de partículas como las de tinta china o nigrosina. Suele tener un límite exterior definido.

• Flexible: poca consistencia, de modo que no excluye partículas. Además, es deformable y carente de límites precisos.

CÁPSULA

• Cápsulas en sentido estricto son aquellas de tipo rígido e integral.

• Capas mucilaginosas son las de tipo flexible y periférico.

CÁPSULA

• Cápsula: estructura inerte, "no vivas" confiere importantes propiedades (BACT):

• A) Adhesión a otras células: microcolonias y consorcios • B) Adhesión a sustratos inertes o vivos: colonización de sus nichos ecológicos • C) Protección contra agentes antibacterianos.

MÉTODOS DE OBSERVACION Y

ESTUDIO • Microscopía óptica: - Tinta China (Duguid) - Rojo Congo

• Microscopía electrónica (MET y MEB)

• Difracción de rayos X del polisacárido capsular.

Preparación con tinta chinaPreparación con tinta china Microscopía electrónicaMicroscopía electrónicateñida con rojo de rutenioteñida con rojo de rutenio

Técnica de rojo CongoTécnica de rojo Congo

AISLAMIENTO

• CAPA MUCOSA (cápsulas flexibles y periféricas)

Puede aislarse directamente del sobrenadante resultante de la centrifugación del cultivo

• CÁPSULA (cápsulas rígidas e integrales)

Puede aislarse tratando al cultivo con agua caliente o con ácidos o álcalis débiles.

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA

• Polisacárido o polipéptidos 1-2% Agua 98-99%

• Se componen de macromoléculas asimétricas con unidades repetitivas.

• Las cápsulas polisacarídicas están unidas a la superficie subyacente, sobre todo a la pared celular.

• La estructura es a base de una matriz muy hidratada, con una ordenación regular radial, o a veces, en láminas concéntricas

Heteropolisacáridos aniónicos

cuyas unidades repetitivas constan de :

- azúcares (osas)

- aminoazúcares

- ácidos urónicos

Cápsulas polisacarídicas

Cápsulas polisacarídicas

• Homopolisacáridos neutros

• levanos (polímeros de unidades de fructosa unidas por ß(2- 6)

• dextranos

• celulosa

• alginatos

Cápsulas polipeptídicas

• Sólo encontradas en el género Bacillus.

• Están formadas por glutamil-polipéptidos.

• Así p. ej., en B. anthracis el péptido es sólo de D-glutámico.

Inmunogenicidad

• Las cápsulas y capas mucilaginosas bacterianas constituyen el llamado antígeno K (capsular).

• Una misma especie puede constar de distintos serotipos, cada una de ellas con un Ag K distintivo,

• Escherichia coli tiene 70 serotipos diferentes • Streptococcus pneumoniae tiene más de 100

BIOSÍNTESIS

• Mediante undecaprenil-P, transportador lipídico situado a nivel de la membrana citoplásmica.

• A base de precursores nucleotídicos de azúcares (UDP-glucosa, UDP-galactosa, GDP-manosa...), que se van ensamblando

BIOSÍNTESIS

• En el caso de los dextranos y levanos

(géneros Streptococcus, Leuconostoc):

La síntesis ocurre fuera de la célula, por transglucosilación de moléculas de sacarosa, catalizada respectivamente por dextránsucrasas y levánsucrasas

FUNCIONES

• La posesión o no de cápsula es algo que no afecta a la viabilidad de las bacterias.

• En medios naturales, las cápsulas confieren a las bacterias una serie de propiedades, que dependen del nicho ecológico particular donde viva cada bacteria.

FUNCIONES

1. Mejora en las propiedades de difusión de nutrientes hacia la célula.

Los polisacáridos extracelulares aniónicos funcionan como una resina

de intercambio. 2. Protección contra la desecación. 3. Protección contra la predación por parte de protozoos.

FUNCIONES

4. Protección contra agentes antibacterianos:

– contra metales pesados – contra bacteriófagos – contra células fagocíticas (p. ej., la cápsula

del neumococo) – contra detergentes – contra anticuerpos

FUNCIONES5. Adhesión a sustratos a) Sustratos inertes: medios acuáticos.

Bacterias acuáticas no son planctónicas, que viven en superficies, sedimentos, donde los nutrientes difunden mejor.

Adherencia al sustrato Aumento de volumen bacteriano Formación de una microcolonia Formación de un consorcio

Corrosión de cañerías, formación de placa y caries, formación de biopelículas en catéteres y prótesis quirúrgicas

FUNCIONES

b) Sobre sustratos vivos (tejidos de organismos superiores):

- En sistemas "normales" (efectos benéficos): La microbiota en epitelio superior está englobada en glucocálix, las bacterias están adheridas a la superficie tisular.

- En sistemas patológicos: La cápsula es uno de los factores de virulencia

FUNCIONES PARTICULARES• Receptores para bacteriófagos.

• En las bacterias fijadoras de N2 atmosférico, actúa como barrera frente a la difusión de O2, evitan la inactivación de la enzima nitrogenasa.

• En Rhizobium el polisacárido extracelular actúa en el reconocimiento entre la bacteria y la planta a través de lectinas de esta última.

• En Acetobacter xylinum la cápsula es a base de fibrillas de celulosa que retienen burbujas de aire, lo cual hace que la bacteria flote hasta su nivel adecuado.

VAINAS

• Son estructuras tubulares (ramificadas o no) compuestas de un heteropolímero, a base de proteína, lípido y polisacárido, que engloban a conjuntos de células bacilares en cadenas o filas.

• La vaina está en contacto con la P.C subyacente, pero no hay enlaces entre ambas.

VAINAS

VAINAS

• En Sphaerotilus y Leptothrix las vainas se recubren de acúmulos de óxidos e hidróxidos de Fe y Mn.

• Conforme se dividen por fisión binaria, las células de los extremos del filamento van sintetizando nuevo material de la vaina que las va rodeando

• Las Arqueobacterias Methanothrix y Methanospirillum poseen vainas proteicas con subunidades dispuestas en anillos, y son las que confieren la forma.

ZOOGLEAS

• Son de naturaleza polisacarídica

• Se encuentran en su interior gran cantidad de bacterias que participan activamente en lodos activados

CAPA “S”

CAPA SUPERFICIAL PARACRISTALINA• Ubicación: Capa que envuelve a la pared celular• Composición: proteínas o glicoproteínas.

• G (+): se une a la peptidoglicana• G (-): se une a la membrana externa• Arqueas: se une a la cubierta más externa

• En muchas Arqueas es la única capa que rodea al protoplasto, por lo que en ellas cumple funciones de auténtica pared celular.

CAPA “S”

CAPA “S” EN GRAM (+)CAPA “S”

CAPA “S” EN GRAM (-)CAPA “S”

CAPA “S” EN ARQUEASCAPA “S”

CAPA “S”

DISPOSICIÓNUNIDADES

MORFOLÓGICAS

Simetría binaria:

filas oblicuas paralelasDímeros

Simetría cuadrangularTetrámeros

Simetría hexagonal Hexámeros

CAPA “S”

hexagonalcuadrada oblicua

CAPA “S”

• La unión entre los monómeros se realiza por enlaces no covalentes

- Hidrofóbicos

- Iónicos (directos), o por mediación

de cationes

- Puentes de hidrógeno

FUNCIONES1. Tamiz molecular protector En bacterias con P.C. impide la entrada de agentes

antibacterianos.

2. Da forma y rigidez: Especies de Arqueobacterias. Arqueas halófilas (Halobacterium) la capa S (glicoproteína)

contiene glicopéptidos especiales, estabilizada por altas concentraciones de sodio (presente).

Arqueas termoacidófilas (Sulfolobus), glicoproteínas en matrices hexagonales, ricas en aminoácidos polares (Ser, Tre), la capa S se estabiliza por el bajo pH del medio.

FUNCIONES

3. Protege a la célula de:a) Fluctuaciones iónicas y de pH

b) Estrés osmótico

c) Enzimas degradadoras

4. Mantiene la rigidez de las bacterias

5. Facilita la adhesión en algunas bacterias

6. Protege (patógenos) contra el complemento

7. Protege contra la fagocitosis