TEMA 2. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA PROCARIOTA
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Estructura
•FosfolípidosLa composición y proporción concretas de los distintos tipos de lípidos son variables entredistintas cepas bacterianas, y dentro de cada cepa, en función de las condiciones de cultivo (temperatura, pH, etc.).
•Proteínas (receptoras, transportadoras)
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Función• Barrera osmótica• Es el límite metabólicamente activo de la célula• Sistemas de transporte• En procesos bioenergéticos (fotosíntesis,
respiración)• Participa en la biosíntesis de componentes de
membrana, de pared y de cápsulas• En la secreción de proteínas• Generación de fuerza proto-motriz• Ancla de Proteínas
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
En procesos bioenergéticos (fotosíntesis, respiración)
Contiene todos los componentes requeridos para la transducción de energía y la producción de ATP, por procesos respiratorios. En el caso de una bacteria quimiotrofa, esto incluye:
• deshidrogenasas
• cadenas de transporte de electrones (con quinonas, citocromos, etc.)
• ATP-asas (ATP sintasas/hidrolasas)
• algunas bacterias fotosintéticas (de las Anoxifotobacterias) también incluyen este tipo de componentes en la membrana citoplásmica.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
La membrana alberga transportadores (como el undecaprenil-P) y enzimas relacionados con fases de la biosíntesis de polisacáridos de la cápsula, peptidoglucano, ácidos teicoicos y teicurónicos y lipopolisacárido. Igualmente en ella se localizan los enzimas implicados en la síntesis de los lípidos de la propia membrana.
Participa en la biosíntesis de componentes de membrana, de pared y de cápsulas
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Mantiene la constancia del medio interno (impidiendo la salida de iones, metabolitos y macromoléculas), pero simultáneamente permite o promueve activamente la entrada de nutrientes y la salida de los productos de desecho. Esta función de transporte es la que ocupará la siguiente sección.
Barrera osmóticaEn la secreción de proteínas
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Tradicionalmente se viene considerando tres métodos principales de transporte de sustancias a través de la membrana:
transporte pasivo inespecífico (difusión simple)
transporte pasivo específico (difusión facilitada)
transporte activo.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 10-11B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
EUCARIOTAS
• Poseen Esteroles (células animales)• Fosfolípidos (enlaces éster)
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
PROCARIOTAS
• Carecen de esteroles• Compuestas de hopanoides (triterpenoides,
pentacíclicos)• Las bacterias pueden modificar la proporción
entre ácidos grasos insaturados y saturados, con objeto de mantener un estado de fluidez adecuado en la membrana, como adaptación a cambios de temperatura
• Fosfolípidos (enlaces éster)
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
ARCHAEAS
• Algunas poseen esteroles• Fosfolípidos (enlaces glicerol diéter o
tetraéter)
En Arqueas, en lugar de los habituales lípidos a base de ésteres de ácidos grasos con glicerol, existen lípidos a base de éteres de alcoholes de cadena larga con glicerol (p. ej., difitanil-glicerol-diéteres).
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen diferentes enlaces químicos
Ester - Bacteria Eter - Archea
R= alcoholes de cadenas de isopreno
R=Acidos grasos de cadena larga
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Estructuras membranosas intracelulares
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Mesosomas• Estructura
• Los mesosomas de Gram-negativas son menos conspicuos y menos complejos (forma laminar o a base de tubos dispuestos de forma verticilada).
• Más característicos y patentes son los de bacterias Gram-positivas (túbulo mesosómico).
• Función• transporte de electrones, síntesis de componentes de las envueltas• Probable papel en la síntesis del septo transversal, quizá regulando las
autolisinas implicadas en la división celular• Puntos de anclaje del cromosoma bacteriano• Zonas de secreción de ciertas exoenzimas
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Cromatóforos
• Estructura• Son invaginaciones de la membrana citoplásmica de las bacterias
purpúreas• Dependiendo de las especies, pueden adoptar formas variadas
• Función• Una adaptación para aumentar la superficie de membrana útil capaz de
realizar las funciones propias de la fotosíntesis• Albergan su aparato fotosintético
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Tilacoides
• Estructura• Son sacos membranosos aplastados presentes en las
cianobacterias, que no están en continuidad con la membrana citoplásmica
• Función • El conjunto de membrana tilacoidal + ficobilisomas es el
responsable de la fotosíntesis oxigénica en este grupo de procariotas
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
En Azotobacter, una bacteria aerobia fijadora de nitrógeno atmosférico, y que presenta una altísima tasa respiratoria, se pueden detectar también invaginaciones de membrana que aumentan la superficie disponible para sus intensos procesos de oxidación.
• Citomembranas• Permiten una mayor superficie para la realización de sus
actividades respiratorias
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
PARED CELULAR
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
La pared celular bacteriana rodea al protoplasto (sin membrana externa). La pared bacteriana es permeable a las sales y a muchas sustancias de bajo peso molecular. No es rígida sino elástica como el "cuero" de una pelota de futbol.
El protoplasto bacteriano confiere una cierta rigidez al conjunto protoplasto + pared que lo rodea, derivada de su presión interna o turgencia (al igual que la cámara hinchada de la pelota).
La presión interna del protoplasto esta determinada osmóticamente. Se debe tener en cuenta que la membrana citoplasmática es la verdadera barrera osmótica (es semipermeable y controla la entrada y salida de sustancias a la célula).
Localización
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
A. Microfotografía electrónica de la bacteria Gram positiva Micrococcus lysodeikticus mostrando la gruesa capa de peptidoglicano que conforma la pared celular (cw), por debajo de ella la membrana plasmática (cm), un mesosoma(m), y el nucleoide (n).
B. Célula bacteriana procesada mostrando la línea de fractura entre la membrana citoplasmática (m.i.) y la pared celular (m.e.). Barra = 1 µm.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Función• El espacio entre la membrana plasmática y la membrana externa
se llama espacio periplásmico donde estas bacterias tienen un almacén congestionado de enzimas.
• Algunas enzimas salen a través de la membrana externa y actúan como hidrolazas, de manera que digieren estructuras como proteínas, polisacáridos o grasas e introducen moléculas pequeñas al interior para formar sus propias proteínas, sus propios lípidos.
• La forma de que las bacterias vivan en agua, teniendo tantos lípidos en su exterior se explica por que introducidas en su membrana externa y hasta el interior de la membrana existen unas estructuras de tres moléculas que al unirse espontáneamente producen en su interior un canal que permite el paso de sustancias hidrofílicas. La bacteria puede abrir o cerrar estas porinas y así regula la entrada de sustancias.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Función
• La pared celular también mantiene la forma de las bacterias, permitiendo que no todas sean esferas, por lo que la pared celular es responsable de la diferenciación morfológica externa.
• También defiende a las bacterias de agresiones mecánicas y osmóticas, no hay lisis osmótica.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Función
• El péptidoglicano tiene un rol endotóxico, no tan potente como las endotoxinas, pero semejante.
• También tiene proteínas que sirven como receptores de bactereófagos, qué antes de los antibióticos se intentaron usar para combatir a las bacterias, pero fracasaron los intentos porque nos se pudo encontrar la masa crítica adecuada.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Función
• Las bacterias Gram (+) son destruidas por la lisosima de las lagrimas, los linfocitos y la clara de huevo, por que lisa el ácido muramico que es capital en la estructura del péptidoglicano. Por su conformación externa, principalmente lipídica, las Gram (-) no son afectadas por la lisosima.
• Las fimbreas nacen del péptidoglicano y logran que la bacteria se adhiera a las mucosas.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
La semipermeabilidad de la membrana citoplasmática y la permeabilidad de la pared celular originan, entre otros, el fenómeno de plasmólisis. Este fenómeno se observa cuando la tonicidad del medio externo es mayor que la del protoplasto (medio hipertónico) en estas condiciones el agua sale del protoplasto y este se encoge por lo que la membrana citoplasmática se separa de la pared.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Estructura
• Gram +• Gram -• Archaea• Ácido alcohol resistentes• Sin pared celular
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Gram +• Esta formada por una secuencia alternante de N-acetil-glucosamina (NAG)
y el ácido N-acetilmurámico (NAM) unidos mediante enlaces ß-1,4. La cadena es recta y no ramificada, constituyendo la estructura básica de la pared celular
• La red de mureína esta muy desarrollada y llega a tener hasta 40 capas
• Los aminoácidos implicados varían de una especie a otra.
• La constitución del esqueleto es característica de la especie y constituye una buen parámetro taxonómico
• Es frecuente la presencia de los aminoácidos L-diaminopimélico o de lisina
• Los polisácaridos están unidos por enlaces covalentes (en el caso de tenerlos) Su contenido proteico es bajo.
• En ella se encuentran ácidos teicoicos
• 90% de peptidoglucano
• Color violeta
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Gram +
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Gram -• Esta formada por una secuencia alternante de N-acetil-glucosamina (NAG)
y el ácido N-acetilmurámico (NAM) unidos mediante enlaces ß-1,4. La cadena es recta y no ramificada, constituyendo la estructura básica de la pared celular
• La red de mureína presenta una sola capa
• La constitución del saco de mureína es igual en todas las bacterias Gram negativas.
• Contiene siempre únicamente meso-diaminopimélico
• Nunca contiene lisina
• No se encuentran puentes interpeptídicos.
• Se encuentran grandes cantidades de lipoproteínas y lipopolisacáridos que representan hasta el 80 % del peso seco de la pared celular. Para mantener la estabilidad de las capas de lipopolisacáridos es necesario el ión Ca++
• Hasta ahora no han podido demostrarse ácidos teicoicos.
• 10% de peptidoglucano
• Color rojo o rosa
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Gram -
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Lipopolisacarido
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Ácido alcohol resistentes• Mycobacterium
• Tinción de Ziehl-Neelsen.
• Ácidos micólicos (ácidos grasos largos y remificados)
• El ácido micólico y otros lípidos complejos forman una capa laminada, membranosa y cerosa por fuera de la capa de peptidoglicano.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Adaptado del minireview "Immunopathology of Tuberculosis: Roles of Macrophages and Monocytes" de M. J. Fenton y M. W. Vermeulen (Infection and Immunity. Marzo de 1996)
Ácido alcohol resistentes
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Archaea
• No tienen mureina
• N-acetilglucosamina, ácido N-acetiltalosaminurónico
• Las paredes celulares poseen un polisacárido similar al peptidoglucano, pseudopeptidoglicano.
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
ArchaeasBIOLOGÍA DE PROCARIOTAS
Ciclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez
Dos grupos de bacterias carecen de pared celular:
• los Mycoplasma que poseen solamente membrana celular
• las formas L derivadas de bacterias que perdieron su habilidad de sintetizar su pared celular
BIOLOGÍA DE PROCARIOTASCiclo Escolar 12-13B
Mónica Marcela Galicia Jiménez