BACTERIOLOGA: ESTRUCTURA BACTERIANA

CTEDRA DE INFECTOLOGA PROFESOR LUIS BURGOS VALDIVIA UNIVERSIDAD INTERNACIONAL SEK 1 - 2011

Caractersticas de las Clulas Procariontes

Procariotas Eucariotas

Genforo

Un solo cromosoma.
ADN (cadena doble, circular cerrado covalentemente)

Nucleoplasma

Varios cromosomas.
ADN cadena doble lineal, terminado en telmeros.

No existe membrana nuclear

No existen protenas histonas Replicacin del material gentico: no existe mitosis Organizacin del citoplasma No presenta organelos de tipo eucariticos

Existe membrana nuclear

Existen Protenas Histonas Replicacin del material gentico: mitosis / meiosis Organizacin del citoplasma Orgnelos (Mitocondrias, Retculo Endoplsmico, Aparato de Golgi, Lisosomas, etc) Posee Citosqueleto. Ribosomas 80S

No presenta citosqueleto Ribosomas 70S

Composicin Qumica Bsica de las Clulas Procariontes

TIPO DE COMPONENTE Protena ARN ADN Lpidos Lipopolisacrido (LPS, exclusivo procariota) Peptidoglucano (PG, exclusivo procariota) Glucgeno Total macromolculas: Pequeas molculas orgnicas: PORCENTAJE SOBRE PESO SECO 55.0 20.5 3.1 9.1 3.4 2.5 2.5 96.1 2.9

Iones inorgnicos:

1.0

El contenido en agua de una clula vegetativa bacteriana tpica es de un 70%, mucho menor que el de los eucariotas (aproximadamente el 90%). Composicin para la forma vegetativa de Escherichia coli, en medio de cultivo a base de glucosa y sales minerales, a 37C.

Estructura General de las Clulas Procariontes

Cpsula o capa mucilaginosa. Capa S paracristalina. Vaina Botones de anclaje Pared celular Protoplasto, que a su vez se compone de: membrana citoplsmica (que puede tener o no invaginaciones). citoplasma, que incluye: genforo, constituido por un cromosoma en algunas especies, uno o varios plsmidos (elementos genticos extracromosmicos) ribosomas inclusiones citoplasmticas. Pueden existir, adems, apndices filamentosos:
Flagelos. Fimbrias.

MORFOLOGA CELULAR EN PROCARIONTES

Caractersticas de las Clulas Procariontes

Dimetro 1m por 0,2 3 4m de largo. Citoplasma sin mitocondrias y retculo endoplsmico. Su envoltura es ms compleja que una clula eucarionte, pues posee una pared celular y, ocasionalmente, una cpsula.

Clasificacin de las Estructuras Bacterianas.

Estructuras constantes: Son esenciales para la vida de la bacteria. Corresponden a: citoplasma, cromosoide bacteriano, membrana y pared celular.

Estructuras accesorias: Corresponden a cpsula, flagelos y fimbrias. stas no se encuentran en todas las bacterias y no son indispensables, sin embargo, le otorgan ms ventajas adaptativas para quienes las poseen.

Estructuras Constantes: Citoplasma

El citoplasma bacteriano es un gel de alta presin osmtica. Al ME muestra un aspecto finamente granular. Al centro del citoplasma se localiza el material gentico de la bacteria: nucleoide. Este material gentico consiste: cromosoide nico formado por DNA de doble hebra circular.
En las bacterias tpicas, como Escherichia coli, tiene aproximadamente 4.800 kpb y extendido mide 1 mm de longitud.

Estructuras Constantes: Membrana Citoplasmtica

Tambin llamada membrana celular, es una fina membrana que protege el citoplasma (Singer Nicholson). Constituye la principal barrera de permeabilidad celular, pero en las bacterias cumple numerosas otras importantes funciones:

Contiene protenas y otros componentes de la respiracin celular y fosforilacin oxidativa. Es un soporte para la sntesis y translocacin de las macromolculas externas que forman la pared celular y los exopolisacridos. Corresponde al lugar de sntesis de enzimas y de protenas en general.

Estructuras Constantes: Membrana Citoplasmtica

La membrana celular se pliega al interior formando un saco membranoso denominado mesosoma, en al menos dos localizaciones. Los mesosomas constituyen los sitios de anclaje del cromosoide bacteriano a la membrana celular, participando en su separacin luego de la replicacin y en la formacin de un septum que dividir las clulas hijas.

Estructuras Constantes: Pared Celular

La mayor parte de los procariotas posee una pared celular rgida rodeando al protoplasto. Las excepciones son micoplasmas (dentro del dominio Bacteria) y algunas arqueas, como Thermoplasma. Al microscopio electrnico se puede observar como una capa en ntimo contacto con la membrana citoplsmica, con un espesor que oscila entre 10 y 80 nm (segn especies) -frente a los 8 nm de la membrana celular- , y con una estructura ms o menos compleja, segn los tipos bacterianos.

La Pared Celular est representada por un esqueleto macromolecular rgido, llamado peptidoglucano (tambin llamado mucopptido o murena), que en Grampositivas se encuentra inmerso en una matriz aninica de polmeros azucarados y en Gramnegativos se encuentra rodeada por una membrana externa e inmersa en un espacio periplsmico

EL PEPTIDOGLUCANO: ESTRUCTURA

COMPOSICIN

QUMICA

En las bacterias Gram-positivas el peptidoglucano representa el componente mayoritario de la pared celular (5080% en peso), mientras que en Gram-negativas supone slo del 1 al 10%.

COMPOSICIN QUMICA Y ESTRUCTURA BSICAS DEL PEPTIDOGLUCANO Est formado por repeticiones de una unidad disacardica fundamental unida a su vez a un tetrapptido. Distintas cadenas (formadas por el esqueleto de azcares) se unen entre s por determinados enlaces peptdicos entre tetraptidos de cadenas diferentes.

La unidad disacardica repetitiva: consiste en N-acetilglucosamina (NAG) unida por enlace (14) a N-acetilmurmico (NAM). Este enlace es susceptible a la ruptura catalizada por la enzima lisozima. El nmero de repeticiones (n) puede oscilar entre 10 y 100. La cadena tetrapeptdica: Desde el grupo carboxilo de cada cido NAM, y mediante un enlace amida, se encuentra unido el tetrapptido. Un tetrapptido tpico de muchas bacterias es: L-alanina---D-glutmico---mesodiaminopimlico---D-alanina.

Estructura de repeticin del PG

EL PEPTIDOGLUCANO DE BACTERIAS GRAM-POSITIVAS Es ms variado que el de bacterias Gram-negativas, sobre todo en funcin de ciertas variantes en la composicin del tetrapptido y del tipo de enlaces entre los tetrapptidos. Esta estructura confiere una serie de importantes propiedades: 1) Gran rigidez, que contrarresta las fuerzas osmticas a que est sometido el protoplasto. Esta rigidez depende del grado de entrecruzamiento y del hecho de que el enlace (1 4) es muy compacto. 2) La estructura permite una notable flexibilidad. Esto colabora, junto con su rigidez, a soportar variaciones amplias de la tensin osmtica del protoplasto. 3) Condiciona la forma celular. Aunque la qumica del PG, por s misma, no determina la forma, es su disposicin espacial la responsable principal de esta forma.

Pared Celular Bacterias Grampositivas

Pared Celular Bacterias Gramnegativas

LA PARED DE BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS La pared de las bacterias Gram-negativas es estructuralmente ms compleja que la de Gram-positivas. El peptidoglucano se encuentra inmerso en el espacio periplsmico, limitado entre la membrana citoplsmica y una membrana externa. La delgada capa de peptidoglucano no constituye ms del 510% de la pared. La membrana externa se trata de una estructura de bicapa lipdica exclusiva de las bacterias Gram-negativas. Consta de una doble capa de lpidos, junto con protenas de matriz (estas ltimas atravesando total o parcialmente la bicapa).

El lipopolisacrido (LPS) se trata de una macromolcula exclusiva de la lmina externa de la membrana externa de bacterias Gramnegativas, responsable de muchas de las propiedades biolgicas de estas bacterias. Se le conoce tambin con el nombre de endotoxina (toxina termoestable, no difusible).

Lipopolisacrido (LPS): Lpido A; Regin intermedia, llamada oligosacrido medular; Regin distal (cadena lateral especfica, polisacardica) a base de repeticiones de unos pocos azcares. Es de carcter hidroflico y constituye el antgeno somtico O de las bacterias Gram-negativas.

PAPELES Y FUNCIONES DEL LPS

1. Papel estructural: El LPS es el componente esencial de la membrana externa.
2. A su vez, la propiedad anterior hace que sea menos soluble a detergentes y ms resistente a disolventes orgnicos. 3. Es menos permeable a muchas molculas hidrofbicas, incluyendo antibiticos, debido a las largas cadenas laterales hidroflicas. 4. Se une a cationes divalentes (como Mg++ o Zn++), lo que contribuye a la mayor estabilidad de la membrana externa. La presencia de cationes suministra un ambiente adecuado para muchas funciones de la Pared Celular. 5. Estimula una serie de mecanismos defensivos del hospedador, incluyendo la activacin del complemento, que puede ocasionar la lisis de la bacteria, mejora las propiedades de los fagocitos, etc. 6. El LPS, y concretamente las cadenas laterales constituyen el antgeno somtico O. Esta porcin condiciona la virulencia de las bacterias Gram-negativas patgenas. 7. El LPS constituye la endotoxina de las bacterias Gram-negativas. La funcin como endotoxina se debe a la regin del lpido A. - pirogenicidad (induccin de fiebre) - hipotensin - en casos graves, shock letal, por fallo cardaco - actividad necrtica de tejidos.

EL ESPACIO PERIPLSMICO

Entre la membrana externa y la membrana citoplsmica existe un compartimento acuoso baando al peptidoglucano, denominado periplasma o espacio periplsmico. El volumen de este compartimento puede llegar a representar un 20-40% del volumen celular total. El contenido del periplasma (el gel periplsmico) incluye: - RNasa y fosfatasa, que digieren molculas que por s mismas no pueden pasar al citoplasma. - Penicilinasa: degrada penicilina, evitando destruccin de PG. - Protenas de transporte de nutrientes (p. ej., de maltosa). - Protenas de unin a estmulos qumicos. - En bacterias desnitrificantes y quimiolitoautotrofas, existen protenas implicadas en el transporte de electrones.

Estructuras Accesorias: Exopolisacridos

La mayora de las bacterias Gram (+) y Gram (-) sintetiza una cubierta de naturaleza polisacrida que las rodea.

Los exopolisacridos son sintetizados en la membrana citoplasmtica, atraviesan la pared celular y se establecen afuera. Se clasifican de acuerdo a la relacin con la superficie exterior de la bacteria y a su grado de rigidez en cpsulas y glicoclix.

Exopolisacridos: Cpsula.

Las cpsulas tienen una unin firme a la bacteria, son rgidas y excluyen partculas, entre ellas la tinta china.

Su funcin es proteger a las bacterias de la fagocitosis, interfiriendo en la accin del complemento.

Los polisacridos capsulares son antignicos (Antgeno K).

Exopolisacridos: Glicoclix.
El glicoclix es flexible, se une en forma laxa a las bacterias, perdindose fcilmente. Participa en la formacin de biopelculas. Esta forma de crecimiento bacteriano se caracteriza por la formacin de microcolonias rodeadas de glicoclix. Un ejemplo de importancia clnica es la colonizacin de Staphylococcus epidermidis en material protsico y catteres.

Estructuras Accesorias: Flagelos

Los flagelos son apndices filamentosos, helicoidales, que se emplean en la movilidad bacteriana. Las bacterias nadan rotando los flagelos, como una hlice.
Estn presentes slo en los bacilos. Los flagelos se observan al microscopio de luz, solamente si las bacterias se tien con tinciones que aumenten su grosor.

Estructuras Accesorias: Flagelos

La posicin de los flagelos puede ser:

Pertrica: rodeando toda la bacteria. Montrica: si poseen un flagelo. Loftrica: un haz de flagelos en un polo. Anftricas: si poseen un haz de flagelos en cada polo.
Los flagelos son muy buenos inmungenos. Los antgenos flagelares se denominan antgenos H. Las bacterias mviles tienen una ventaja adaptativa a su ambiente, porque regulan su desplazamiento, mediante quimiotaxis frente a diversas sustancias nutritivas y repelentes.

Estructuras Accesorias: Fimbrias

Las fimbrias, tambin llamadas pili, son microfibrillas parecidas a pelos. Rodean en nmero de 100-200 a algunas bacterias Gram (-). Miden 3-7m de dimetro, por lo que se observan slo al microscopio electrnico.

Estn constituidas por el ensamblaje de miles de monmeros de un protena estructural llamada pilina.
Son responsables de la adherencia especfica de las bacterias a los tejidos del hospedero, explicando la especificidad de hospedero y de tejidos de las bacterias.

Estructuras Accesorias: Esporas

Dos gneros de bacilos Gram (+): Bacillus y Clostridium pueden dar origen a una forma de vida latente y resistente denominada endospora. Estas estructuras se originan dentro de la clula bacteriana vegetativa y se liberan por lisis celular. Las endosporas son resistentes a condiciones ambientales desfavorables como calor, desecacin y radiacin ultravioleta, permaneciendo viables en el ambiente por cientos de aos.