Citoplasma bacteriano•El citoplasma o el protoplasma es la parte de la célula que está dentro de la membrana citoplasmática.

•El citoplasma tiene una consistencia parecida a un gel, compuesto del agua, enzimas, sustancias nutritivas, desechos, y gases y contiene estructuras celulares como ribosomas, cromosoma y plásmidos.

•La matriz citoplasmática es definida como sustancias dentro de esta membrana, excluyendo el material genético.

Material genético

El cromosoma (ADN) bacteriano también llamado nucleoide se encuentra disperso en el citoplasma bacteriano. Este almacena la información genética de las bacterias.

Genomas microbianos

LinealStreptomyces coelicolor

CircularPseudomonas aeruginosa

En eucariontes:Las histonas son proteínas encargadas de ayudar a empaquetar el ADN formando la cromatina en unidades de nucleosomas

http://es.wikipedia.org/wiki/Histona

Organización del ADN en bacterias

El ADN circular se encuentra super-enrollado y agrupado en dominios por medio de proteínas denominadas histone like.

En procariontes: función de proteínas “Histone like”

Las proteínas “Histone-like” realizan la modificación topológicadel cromosoma (torsión, flexión y plegado) y directamente regulan la función de los promotores de operonesindividuales.Son críticas para la regulación del metabolismo y estáninvolucradas en la respuesta a los cambiosambientales.

Nature Reviews Microbiology 8, 185-195 (March 2010)

Proteínas básicas detectadas en bacterias

Proteína Composición Contenido por células

Semejanza con

eucariontes

HU Dímero subunidades a y bde 9.000 Da 40.000 dímeros Histona H2A

H Dímero subunidades idénticas de 28.000 Da 30.000 dímeros Histona H2B

IHF Subunidad a de 10.500 DaSubunidad b de 9.500 Da Desconocido Desconocida

H1 Subunidad de 15.000 Da 10.000 copias DesconocidaHLP1 Monómero de 15.000 Da 20.000 copias Desconocida

P Sububnidad de 3.000 Da Desconocido Protaminas

Plásmidos

Material genético extracromosómico, se encuentran en citoplasma bacteriano. En general son circulares pero existen algunos lineales.

Los plásmidos pueden ser unicopia o multicopia, es decir, algunos pueden reproducirse independientes a la reproducción de la bacteria.

Algunos de ellos contienen genes que proporcionan características diferentes a las bacterias, como el plásmido F que puede transferirse a otras bacterias mediante la conjugación o genes para conferir resistencia a antibióticos.

Existen plásmidos que se combinan con el ADN cromosómico y se denominan episomas.

PlásmidosLos plásmidos son herramientas muy importantes en los estudios de biología molecular, se emplean como vectores de genes para la transformación de células.

ARNEn la célula existen tres tipos principales de ARN (ácido ribonucleico)

•ARNm (mensajero)

•ARNt (de transferencia)

•ARNr (ribosomal)

Modelo animado del ribosomahttp://www2.uah.es/biomodel/model1j/rna-prot/ribosoma.htm

ARN ribosomal

Ribosomas 70s(procariontes)

Ribosomas 80s (eucariontes)

Subunidad grande 50 SARN 5 S + ARN 23 S +

proteínas

Subunidad grande 60 SARN 28 S + ARN 5,8 S +

ARN 5 S + proteínas

Subunidad pequeña 30 SARN 16 S + proteínas

Subunidad pequeña 40 SARN 18 S + proteínas

Replicación, transcripción y traducción

A diferencia de las células eucariontes, en las bacterias no existen compartimientos, por los que los procesos de replicación de ADN, transcripción (ADN → ARNm) y traducción (ARNm + ARNt + ARNr → Proteínas) ocurren en el citoplasma.

PolisomasLos polisomas o polirribosomas son los ribosomas unidos a una molécula de ARN mensajero y que se encuentran sintetizando los péptidos (proteínas). Estas agrupaciones de ARN-proteína son visibles al microscopio electrónico.

Inclusiones orgánicasInclusiones polisacarídicasGránulos de poli-hidroxialcanoatosInclusiones de hidrocarburos Gránulos de cianoficina

Inclusiones inorgánicas Gránulos de polifosfatoGlóbulos de azufre

Inclusiones citoplasmáticas

Inclusiones citoplasmáticas

•Gránulos de polisacáridos

Glucógeno

Unidades de glucosa que son reserva de carbono y energía que se forma en un exceso de carbono.

Inclusiones citoplasmáticas

•Inclusiones lipídicas

Micobacterium, Bacillus, Azotobacter, Spirillum

poli-β-hidroxibutirato (PHB)

Polímeros de reserva de carbono y energía, su nombre genérico es poli-β-hidroxialcanoatos (PHA) que se forman en exceso de carbono. Pueden observarse al microscopio electrónico de transmisión o con colorantes solubles en aceites.

PHB (Poli-betahidroxibutirato)

Es una sustancia de tipo lipídico, formada por polímeros del ácido poli-beta-hidroxibutírico, cuya longitud varía entre 4 y 18 unidades.

Poly-beta-hydroxybutirato(PHB) en Rhodospirillum sp.

PHB en Rhodovibriosodomensis

Inclusiones citoplasmáticas•Gránulos metacromáticos (volutina)

Polifosfato

Reserva de fosfato que se ponen en evidencia con una tinción con el azul de toluidina, al combinarse con el polifosfato da un color violeta rojizo. Este fenómeno se denomina metacromasiay los gránulos que así se tiñen se denominan generalmente gránulos metacromáticos.

Corynebacterium sp

Inclusiones citoplasmáticas

•Gránulos de azufre

Thiomargarita namibiensis

Bacterias quimiolitótrofas y fototróficas que oxidan el H2S a Sº, este último forma acumulaciones refringentes y visibles al microscopio. El Sº puede ser oxidado nuevamente para producir SO4

2- y las inclusiones desaparecen.

Inclusiones citoplasmáticas

•Cianoficinas

Oscillatoria sp

Polímero de carbono y nitrógeno que se forma en cianobacterias. Son acúmulos de un copolímero de arginina y aspártico: consta de un núcleo de poliaspártico, en el que todos los carboxilos de las cadenas laterales están unidos con L-arginina.Es el único material de reserva conocido de nitrógeno.

Anabaena sp

“Orgánulos” citoplásmicos

No existen orgánulos procarióticos rodeados de unidad de membrana (salvo los tilacoides de las cianobacterias)

Ciertas bacterias presentan orgánulos sinenvuelta lipídica: CarboxisomasMagnetosomasVacuolas de gas

Clorosomas (los veremos en fotosíntesis)

Inclusiones citoplasmáticas

•Carboxisomas

Thiobacillus neapolitanusCianobacterias y Thiobacillus

Son acumulaciones de la enzima Ribulosa-1,5-bisfosfatocarboxilasa/oxigenasa(RuBisCO)empleada por los microorganismos autótrofos para fijar CO2 mediante el ciclo de Calvin.

Inclusiones citoplasmáticas•Magnetosomas

Aquaspirillum magnetotacticum

Partículas de magnetita (Fe3O4). El alineamiento de los magnetososmasimparte propiedades magnéticas, lo cual se cree orienta a las bacterias en el medio ambiente. Los magnetosomas están rodeados por una membrana que contiene fosfolípidos, proteínas y glicolípidos.

Son responsables de la flotación de las células en sistemas acuáticos. Se encuentran en las cianobacterias y bacterias rojas fototróficas de los géneros: Chromatium, Ectothirhodsopira, Rhodobacter y Rhodospirillum.

Inclusiones citoplasmáticas•Vacuolas de gas

Son estructuras fusiformes, huecas y rígidas, de longitud y diámetro variable, se localizan en el citoplasma desde unas cuantas hasta varios centenares

Las vesículas de gas estan constituídas por las proteínas GvpA y GvpC

Inclusiones citoplasmáticas•Vacuolas de gas

Microscystis sp. (cianobacteria)Ancylobacter aquaticus.