Citolog

1
Citología y morfología bacteriana

• Cátedra de Microbiología

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Bibliografía

• Brock, Madigan, Martinko, Parker. 2000
  Biología de los microorganismos, 8 ed, Prentice
  Hall
• Prescott, Harley, Klein 1999 Microbiología,
  McGraw-Hill Interamericana.
• Página web de la Cátedra.
• www.fq.edu.uy
• Página de la Universidad de Wisconsin
• www.bact.wsic.edu

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Esquema

• Microorganismos, qué son?.
• Tamaño y forma
• Diferentes formas de organización celular
• Pared (gram , gram-, Archaea)
• Membrana.
• Citoplasma y genoma.
• Estructuras típicas
• Fimbrias, pili, flagelo, endoesporas, inclusiones
  citoplasmáticas, cápsula.
• Diferencias entre Bacteria, Archaea y Eucarya.

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Qué son los microorganismos?

• Organismos que no pueden verse a simple vista, al
  menos en parte de su ciclo
• Organismos que viven como células aisladas o
  entidades que contienen acidos nucleicos capaz de
  replicarse, por lo menos en parte de su ciclo.
• Incluye algas, hongos, protozoarios, bacterias y
  virus.

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Historia Microbiología

• 1664, Robert Hooke, células vegetales.
• 1673, Anton van Leeuwenhoek, mercader de telas,
  describe los microorganismos.
• 1877, Robert Koch, método de tinción, desarrollo
  de medios de cultivo sólido.

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Microscopios

• Ojo humano 0.2mm.
• Microscopio óptico , resolución máxima 0.2 micras
  (1 micra).
• Microscopio electrónico, resolución máxima 0.5nm

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PROCARIOTAS
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CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS

• TIPOS CELULARES DOMINIOS (Woese et al.,1990)
• TIPOS ORGANISMOS REINOS (Whittaker, 1969)
• PROCARIOTA
• 1. BACTERIA BACTERIAS COMUNES (EUBACTERIAS)1.
  CIANOBACTERIAS (algas verde-azules)
• 2. ARCHAEAMICROBIOS EXTREMÓFILOS
  (ARQUEOBACTERIAS) hipertermófilos, psicrófilos,
  halófilos, acidófilos, alcalinófilos,
  termoacidófilos, metanógenos
• MONERA

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3. EUCARIOTA EUCARYA PROTOZOOS2.
PROTISTACRISOFITAS (algas diatomeas)EUGLENOIDESPRO
TISTAS ALGALES (algas verdes, pardas y
rojas)MOHOS,HONGOS3. HONGOSBRIOFITAS Y
TRAQUEOFITAS4. PLANTASVERTEBRADOS E
INVERTEBRADOS5. ANIMALES
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MODELO DE WOESE ET ALBasado en las
secuencias en los nucleotidos en los Ribosomas y
RNAs de transferencia de la célulala, la
estructura de los lípidos de la membrana y la
sensibilidad a los antibióticos.Los tres
dominios son Archaea (archaebacterias), Bacteria
(bacterias), y Eukarya (eucariotas).
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Archaea (Archaebacteria

• Células Prokariotas. Al contrario de Bacteria y
  Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas
  de carbono ramificadas unidas al glicerol por
  uniones de éter y tienen una pared celular que no
  contiene peptidoglicano. Mientras que no son
  sensibles a algunos antibióticos que afectan a
  las Bacterias, son sensibles a algunos
  antibióticos que afectan a los Eukarya. Los
  Archae tienen rRNA y regiones del tRNA claramente
  diferentes de Bacterias y Eukarya. Viven a menudo
  en ambientes extremos e incluyen a los
  metanógenos, halófilos extremos, y
  termoacidófilos.

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Bacteria (Eubacteria)

• Las Bacterias son células Prokariotas. Como los
  Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas
  de carbono rectas unidas al glicerol por uniones
  éster. Tienen una pared celular conteniendo
  peptidoglicano, son sensibles a los antibióticos
  antibacterianos tradicionales, y tienen rRNA y
  regiones del tRNA claramente diferentes de
  Archaea y Eukarya. Incluyen a mycoplasmas,
  cyanobacteria, bacterias Gram-positivas, y
  bacterias Gram-negativas.

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Eukarya (Eukaryota)

• Los Eukarya (escrito también Eucaria) son
  Eukariotas. Como las Bacterias, tienen membranas
  compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al
  glicerol por uniones éster. Si tienen pared
  celular, no contiene ningún peptidoglicano. No
  son sensibles a los antibióticos antibacterianos
  tradicionales y tienen rRNA y regiones del tRNA
  claramente diferente de Bacterias y Archaea.
  Incluyen a protistas, hongos, plantas, y animales.

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TAMAÑO célula eucariota versus célula procariota
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Tamaños
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Formas
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FORMA DE LAS BACTERIAS
cocos bacilos espirilos
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Area de superficie vs. volumen
Tamaño pequeño ?intercambio más eficiente,
permite mayor velocidad metabólica
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Estructura celular
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Pared celular

• Bacteria
• Gram positivo
• Gram negativo
• Sin pared
• Archaea
• Diversas estructuras
• Sin pared

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Funciones de la pared

• Rigidez (mantener la forma, evitar la lisis).
• Comunicación con el medio exterior.
• Puede estar involucrada en patogenicidad (LPS)
• Barrera para algunas moléculas.
• Espacio periplásmico (enzimas de transporte,
  hidrolíticas, etc.)

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Formación de Protoplastos
Baja concentración de solutos
Alta concentración de solutos
Lisozima -- proteína que rompe el enlace
glicosídico 1-4 en el peptidoglicano
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Gram-
Bacteria
Gram
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MUREÍNA O PÉPTIDO-GLICANO
Compuesto químico característico de bacterias.
25
Estructura del Peptidoglicano
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(No Transcript)
27
(No Transcript)
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Pared Celular Gram Positiva
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Acidos Teicoicos
Polisacáridos ácidos de paredes de Gram
positivos Unidos covalentemente al
peptidoglicano(OH del C6 de NAM)
Atraviesan la pared y alcanzan la superficie de
la bacteria Unión hidrofóbica a la membrana
celular
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Otros compuestos químicos característicos de la
pared de Gram

• Ácidos teicurónicos
• Ácidos micólicos

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Membrana Externa de Gram Negativos
Porinas - proteinas que permiten el pasaje de
moléculas pequeñas a través de la membrana --
específicas e inespecíficas
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Lipopolisacárido (LPS)
Solo en bacterias Gram negativas Parte de la
membrana externa
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Lipopolisacárido (LPS)

• Lípido A (NAG-P grupos acilos)
• Núcleo del polisacárido
• contiene KDO (cetodesoxioctonato) otros
  carbohidratos (ramnosa, ácido galacturónico)
• usualmente específico de especies
• O-antigeno
• número de repeticiones variables
• también contiene carbohidratos
• específico de cepa
• A menudo tóxico para animales - endotoxina
• Crea superficies densamente hidrofílicas

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Periplasma de E. coli
Proteínas de peiplasma de E.coli. Proteínas de
unión para amino acidos (e.g. histadina,
arginina) para azúcares (ej. glucosa, maltosa)
para vitaminas (ej. thiamina, vitamina B12)
Para iones (ej. fosfato, sulfato) Enzimas de
biosíntesis Ensamblado de mureína formación de
fimbrias Enzimas de degradaciónde polímeros
fosfatasas proteasas Enzimas detoxificantes
Beta-lactamasas (e.g. penicillinasa)
Fosforilación de aminoglicósidos
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• Algunas bacterias no poseen pared

• Mycoplasma

• Membrana celular mas gruesa pueden tener
  esteroles y lipoglicanos.

• Pleiomórficos

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Pared celular de Archaea

• No contiene peptidoglicano
• Puede ser de
• pseudopeptidoglicano (pseudomureina) tiñe G
• pseudomureina cubierta de proteina,tiñe G
• monocapa superficial de proteina o glicoproteina,
  sin pseudomureina (alg halófilos,
  alg.metanogénicos y termoacidófilos) tiñe G-
• Existen Archaea sin pared

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Pseudopeptidoglicano de Archaea
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Funciones de la pared

• Rigidez y resistencia osmótica (mantener la
  forma, evitar la lisis).
• Comunicación con el medio exterior.
• Puede estar involucrada en patogenicidad (LPS)
• Barrera para algunas moléculas (porinas en gram
  negativos).
• Espacio periplásmico (enzimas de transporte,
  hidrolíticas, etc.)

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Cómo se sintetiza la pared?
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Síntesis de Peptidoglicano

• Bactoprenol (C55 alcohol isoprenoide) -- carrier
  lipídico que transporta el disacáride
  pentapeptido del citoplasma al periplasma y lo
  inserta en la pared celular en crecimiento
• La transpeptidación, es inhibida por penicilina

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Transpeptidación
Inhibido por la penicilina G.
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Síntesis de peptidoglicano transpeptidación
Inhibido por la penicilina G.
43
Síntesis de la pared celular
La pared celular se abre por autolisinas y se
deposita nuevo péptidoglicano
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La membrana celular

• Estructura
• Bicapa fosfolipídica con proteínas embebidas
  puede contener también hopanoides de estructura
  similar al colesterol.
• En Archaea, éteres de alcohol isoprenoide,
  algunas forman monocapas.

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Estructura de la Membrana Citoplasmática
46
Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen
diferentes enlaces químicos
47
(No Transcript)
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Funciones de Membrana Citoplasmática

• Barrera de Permeabilidad
• sólo moléculas pequeñas, sin carga, hidrofóbicas,
  pueden atravesar la membrana por difusión.
• Ancla de Proteínas
• transporte, generación de energía, quimiotaxis
• Generación de fuerza proton motriz
• En fototrofas Intracitoplasmáticas, soportan el
  aparato fotosintético
• (Vesículas, túbulos, tipo tilacoides)
• Síntesis de pared, y estructuras extracelulares.

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Membrana citoplasmática de E. coli
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Estructura celular procariota - DNA

• No tiene núcleo. El DNA está en el citoplasma
• nucleoide zona que ocupa el DNA.
• Es haploide. Genoma una única molécula de DNA de
  doble cadena, circular.
• El genoma contiene 1 - 6 x 106 pares de bases
  (bp) en procariotas de vida libre 1000-5000
  genes
• No contiene histonas.
• Puede contener otros elementos genéticos no
  indispensables para la vida plásmidos y genomas
  fágicos.

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Procariotas

• No tienen membrana nuclear.
• No hay porcesamiento del ARNm
• La transcripción está ligada a la traducción.

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Tamaño del Genoma
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DNA Cromosomal
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Citoplasma

• Proteínas (enzimas, complejos enzimáticos,
  estructurales)
• Ribosomas (70S 55 proteínas, rRNA 5S, 16S, 23S)-
  polisomas
• mRNA, tRNA
• Otras macromoléculas, solutos
• Sin estructura visible al microscopio
• No tienen citoesqueleto.

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Estructuras características

• Estructuras con funciones específicas.
• No todos los microorganismos las tienen.
• Son características de género y especie
  (taxonomía)
• Ejemplos
• fimbrias, flagelo, pili, endoespora, cápsula,
  inclusiones citoplasmáticas

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Fimbrias - Pili

• Fimbria - filamento proteico corto, involucrado
  en funciones de adhesión a superficies.
• Pelo sexual - unión a célula receptora durante la
  conjugación.

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Flagelos
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Flagelo
1000 H / revolución
gt 40 genes involucrados
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Flagelos
Sólo detectados por técnicas de tinción
específicas
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Anaerobaculum mobile sp. nov. Flagelo insertado
lateralmente
Barra 0,5 micras
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Endosporas

• Resistencia al calor, radiación, desecación.
• Producidas principalmente por los géneros
  Bacillus y Clostridium
• Permite la supervivencia en ambientes
  desfavorables
• DNA protegido por ácido dipicolínico y proteínas
• Luego de la activación por stress, la
  disponibilidad de nutrientes dispara la
  germinación y el crecimiento
• La localización de la espora en la célula puede
  ser usada para la identificación

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Estructura de la espora
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Acido Dipicolinico
Característico de endosporas
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Fromación de esporas

• A- el ADN se duplica y enrolla alrededor del eje
  central (filamento axial)
• B- Uno de los cromosamas se rodea de membrana
  plasmática.
• C- el protoplasto es rodeado por la célula madre
• D- se sintetizan las cubiertas de la espora.
• E- se elimina agua, se forma estructura
  resistente al calor.
• F- se libera la espora por lisis de la célula
  madre.
• En B. subtilis 6-7 horas, 50 genes.

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Inclusiones citoplasmáticas

• Algunas bacterias tienen estructuras internas
• gránulos de almacenamiento - polifosfato,azufre,
  polihidroxibutirato (PHBs)
• vesículas de gas flotación
• Carboxisomas, clorosomas.

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Inclusiones citoplasmáticas Organismos donde se encuentran Composición Función
Glicógeno Varias bacterias (E. coli) poliglucosa Reserva de C y energía
Polihidroxi Butirato Varias bacterias (Pseudomonas) Polímero de dihidroxibutirato Reserva de C y energía
Polifosfato Varias bacterias (Corinebacterium) Polímeros de fosfato Reserva de fosfato
Gránulos de S Fotótrofas del S Litótrofas del S S elemental Reserva de S
Vesículas de gas Bacterias acuáticas Estructura proteica flotación
Magnetosomas Algunas bacteris acuáticas Magnetita Fe3O4 Orientación en campo magnético
Carboxysomas Bacterias autotróficas Enzimas fijación de CO2 Fijación de CO2
Chlorosomas Bacterias verdes Lípidos, proteínas bacterioclorofila Captura de la luz
67
Poly-ß-hydroxybutyrate (PHB)
68
Poly-ß-hydroxybutyrate (PHB)
69
(No Transcript)
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Otros polisacáridos extracelulares

• Glicocalix Material externo a la pared celular
• Cápsulas - Material en la superficie celular
• Capas mucilaginosas - Material adherido, menos
  fuertemente
• Capa S Subunidades proteicas o glicoproteicas.
  G, G- y Archaea. Pueden constituir la pared
• Funciones
• Protección contra defensas del huésped
  (fagocitosis)
• Protección contra desecación
• Protección contra virus, toxinas
• Adhesión a superficies (células, objetos
  inanimados) formación de biofilms.

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Glicocalix
Tinción negativa
Microscoía electrónica
72
Tinción negativa
73
(No Transcript)
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Diferencia entre la estructura celular de
Bacteria, Archaea y Eucarya
Propiedad Bacteria Eucarya Archaea
Membrana nuclear NO SI NO
Organelos NO SI NO
Tamaño ribosoma 70S 80S 70S
Peptidoglicano en la pared SI NO NO
Esteroles en membrana NO (hopanoides) SI SI
Lípidos de membrana Ester unidos a glicerol Ester unido a glicerol Eter, ramificados
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METABOLISMO Y CRECIMIENTO BACTERIANO

• Multiplicación por fisión binaria trnasversal
  proceso asexual con intercambio de inf. Genética
  (conjugación)
• Curva de desarrollo bacteriano se duplica cada
  20 min. Y continua durante 48 horas

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FASES DEL CRECIMIENTO

• Fase de retraso trasferencia al nuevo medio
  ,adaptación ( T, nutrientes, metales trazas,
  productos de desecho. Producción de enzimas,
  inicialmente no se multiplican.

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FASE LOGARITMICA

• Lamada fase exponencialIniciada la
  multiplicación el número de bacterias se
  incrementa logaritmicamente, alcanzan forma,
  tamaño bastante uniformes.
• Cada bacteria es independiente en y tiempo en
  esta fase

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FASE ESTACIONARIA

• Agotados los nutrientes los productos tóxicos del
  metabolismo se acumulan, la fase de
  multiplicación se equilibra.
• Se altera la suseptibilidad a los A/B

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FASE DE MUERTE

• La fase final por falta de nutrientes esenciales
  y la acumulación de residuos tóxicos ocasinan una
  muerte rápida.Algunos activan amidasas y otras
  que agilisan la lisis de la pared celular