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Componentes básicos de la estructura bacteriana y sus funciones...

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Conocer los componentes básicos de la estructura bacteriana y sus funciones. En un tipo de movilidad de la superficie bacteriana, llamada translocación bacteriana, el pilus se extiende agregando unidades de pilina, haciendo contacto con la superficie u otras células, y luego retrayéndose a medida que se desmantelan las unidades de pilina. Este modelo se llama modelo de gancho amarrado de movilidad de translocación y produce movimientos cortos, abruptos e intermitentes. Este movimiento se ha observado en Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae y algunas líneas de E. coli. Otro tipo de movimiento asociado con pili es la movilidad deslizante, el movimiento deslizante homogéneo de las mixobacterias. Aunque el mecanismo exacto es desconocido para la mayoría de las mixobacterias, algunos usan la retracción del pilus. La movilidad por deslizamiento proporciona una manera para que los microbios viajen en entornos con poca agua, como biopelículas y suelo. Algunos pili se usan para agregar bacterias y facilitar la transferencia de ADN entre ellas, un proceso llamado conjugación. Estos pili se denominan pili de conjugación (sexual). En este proceso, la conjugación pilus de una bacteria llamada célula F + se une al receptor en la superficie de otra bacteria de su propia especie o de otra especie. Las dos células hacen contacto físico, y el ADN de la célula F + se transfiere a la otra célula. El ADN compartido puede agregar una nueva función a la célula receptora, como la resistencia a un antibiótico o la capacidad de degradar su medio de manera más eficiente. PARED CELULAR La pared celular de una célula bacteriana es una estructura compleja y semirrígida responsable de la forma de la célula. La pared celular rodea la frágil membrana plasmática (membrana citoplasmática), protegiéndola y al interior de la célula de cambios adversos en el entorno externo. Casi todos los procariotas tienen paredes celulares. La función principal de la pared celular es evitar la ruptura celular bacteriana cuando la presión del agua dentro de la célula es más alta que fuera de ella. También ayuda a mantener la forma de una bacteria y sirve como punto de anclaje para los flagelos. A medida que aumenta el volumen de una célula bacteriana, su membrana plasmática y pared celular se extienden según sea necesario. Clínicamente, la pared celular es importante porque contribuye a la capacidad de algunas especies de causar enfermedades y también a ser el sitio de acción de algunos antibióticos. Además, la composición química de la pared celular se usa para diferenciar los principales tipos de bacterias.

COMPOSICION Y CARACTERISTICAS La pared celular bacteriana está compuesta por una red macromolecular llamada peptidoglicano (también conocida como mureína), que está presente sola o en combinación con otras sustancias. El péptidooglicano consiste en un disacárido repetitivo unido por polipéptidos para formar una red que rodea y protege a toda la célula. La porción disacárido está compuesta de monosacáridos llamados N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM). Los diversos componentes del peptidoglicano se ensamblan en la pared celular. Las moléculas alternantes de NAM y NAG están unidas en filas de 10 a 65 azúcares para formar un "esqueleto" de carbohidratos (la porción de glucano del peptidoglicano). Las filas adyacentes están unidas por polipéptidos (la porción peptídica del peptidoglicano). Aunque la estructura del enlace del polipéptido puede variar, siempre incluye cadenas laterales de tetrapéptidos, que consisten en cuatro aminoácidos unidos a NAM en la cadena principal. Los aminoácidos se presentan en un patrón alterno de formas D y L. Este patrón es único porque los aminoácidos que se encuentran en otras proteínas son formas L. Las cadenas laterales de tetrapéptidos paralelos pueden estar unidas directamente entre sí o unidas por un puente cruzado de péptidos que consiste en una cadena corta de aminoácidos. La penicilina interfiere con la unión final de las filas de péptidos glucano por puentes cruzados de péptidos. Como resultado, la pared celular se debilita severamente y la célula se lisa, una destrucción causada por la ruptura de la membrana plasmática y la pérdida de citoplasma. COLORACIÓN DE GRAMOS La tinción de Gram fue desarrollada en 1884 por el bacteriólogo danés Hans Christian Gram. Es uno de los procedimientos de tinción más útiles porque clasifica las bacterias en dos grupos principales: gram-positivas y gramnegativas. En este procedimiento: Un frotis fijado con calor está cubierto con un tinte púrpura básico, generalmente el cristal violeta. Dado que la tinción púrpura impregna todas las células, se llama tinción primaria. Después de un corto tiempo, el tinte púrpura se lava y la mancha se recubre con yodo, un mordiente. Cuando se lava el yodo, las bacterias grampositivas y gramnegativas aparecen de color violeta oscuro o morado. Luego, el portaobjetos se lava con alcohol o una solución de alcohol-acetona. Esta solución es un agente blanqueador que elimina el púrpura de las células de algunas especies pero no de otras. El alcohol se lava y el portaobjetos se tiñe con safranina, un tinte rojo básico. El frotis se lava nuevamente, se seca con papel y se examina microscópicamente.

El tinte púrpura y el yodo se combinan en el citoplasma de cada bacteria, manchándola con violeta oscuro o púrpura. Las bacterias que retienen este color después de intentar decolorarlas con alcohol se clasifican como grampositivas; Las bacterias que se desvanecen a violeta oscuro o púrpura después de la decoloración se clasifican como gramnegativas. Debido a que las bacterias gramnegativas son incoloras después del lavado con alcohol, ya no son visibles. Es por eso que se aplica el colorante básico safranina; Mancha las bacterias gramnegativas del rosa. Los tintes como la safranina, que tienen un color que contrasta con el color primario, se denominan contratintes. Debido a que las bacterias grampositivas conservan su color púrpura original, no se ven afectadas por la contratinción de safranina. Los diferentes tipos de bacterias reaccionan de manera diferente a la tinción de Gram porque las diferencias estructurales en sus paredes celulares afectan la retención o liberación de una combinación de cristal violeta y yodo llamado complejo de yodo cristal violeta (CV-I). Entre otras diferencias, las bacterias grampositivas tienen una pared celular de glucano peptídico más gruesa (disacáridos y aminoácidos) que las bacterias gramnegativas. Además, las bacterias gramnegativas contienen una capa de lipopolisacárido (lípidos y polisacáridos) como parte de su pared celular. Cuando se aplica a células gram positivas y gram negativas, el cristal violeta y el yodo penetran fácilmente en las células. Dentro de ellos, el cristal violeta y el yodo se combinan para formar CV-I. Este complejo es más grande que la molécula de cristal violeta que penetró en la célula y, debido a su tamaño, no puede eliminarse de la capa intacta de glucano peptídico de las células grampositivas mediante alcohol. En consecuencia, las células grampositivas retienen el color del tinte violeta cristal. Sin embargo, en las células gram negativas, el lavado con alcohol altera la capa externa de lipopolisacárido, y el complejo CV-I se elimina a través de la capa delgada de glucano peptídico. Como resultado, las células gramnegativas permanecen incoloras hasta que se contrarrestan con safranina cuando se vuelven rosas. Paredes celulares atípicas Entre los procariotas, ciertos tipos de células carecen de paredes o tienen poco material de pared. Incluyen miembros del género Mycoplasma y organismos relacionados. Los micoplasmas son las bacterias más pequeñas conocidas que pueden crecer y reproducirse fuera de las células huésped. Debido a su tamaño y a la falta de paredes celulares, pasan a través de la mayoría de los filtros bacterianos e inicialmente se los confundió con virus. Sus membranas plasmáticas son únicas entre las bacterias porque tienen lípidos llamados esteroles, que pueden protegerlos de la lisis (ruptura).

Las archibacterias pueden no tener paredes o paredes inusuales compuestas de polisacáridos y proteínas, pero no peptidoglicanos. Las archibacterias generalmente no pueden ser teñidas con gram, pero parecen ser gramnegativas porque no contienen peptideoglycan. ESTRUCTURAS INTERNAS EN LA PARED MEMBRANA DE PLASMA (CITOPLASMÁTICA) La membrana plasmática (citoplasmática) (o membrana interna) es una estructura delgada ubicada dentro de la pared celular, que recubre el citoplasma celular (ver Figura 4.6). La membrana plasmática procariota se compone principalmente de fosfolípidos, que son los productos químicos más abundantes en la membrana, y proteínas. Las membranas plasmáticas eucariotas también contienen carbohidratos y esteroles, como el colesterol. Como no tienen esteroles, las membranas plasmáticas procariotas son menos rígidas que las membranas eucariotas. Una excepción es el procariota sin pared Mycoplasma, que contiene esteroles en la membrana. Las cabezas polares están en ambas superficies de la bicapa lipídica, y las colas no polares están dentro de la bicapa. Las moléculas de proteína en la membrana se pueden organizar de varias maneras. Algunas, llamadas proteínas periféricas, se eliminan fácilmente de la membrana mediante tratamientos de luz y se encuentran en la superficie interna o externa de la membrana. Pueden funcionar como enzimas que catalizan reacciones químicas, como un andamio de apoyo y como mediadores de los cambios en la forma de la membrana durante el movimiento. Otras proteínas, llamadas proteínas integrales, pueden eliminarse de la membrana solo después de romper la bicapa lipídica (mediante el uso de detergentes, por ejemplo). La mayoría de las proteínas integrales penetran completamente en la membrana y se denominan proteínas transmembrana. Algunas proteínas integrales son canales que tienen un poro o agujero a través del cual las sustancias entran y salen de la célula. Con glucoproteínas y glucolípidos en la superficie externa de la membrana plasmática, los mbos ayudan a proteger y lubricar la célula y están involucrados en las interacciones de célula a célula. Por ejemplo, las glicoproteínas juegan un papel en ciertas enfermedades infecciosas. El virus de la influenza y las toxinas que causan el cólera y el botulismo penetran inicialmente en sus células objetivo al unirse a las glucoproteínas contenidas en sus membranas plasmáticas. Algunos estudios han demostrado que las moléculas de fosfolípidos y proteínas en las membranas no son estáticas, sino que se mueven con cierta libertad en la superficie de la membrana. Este movimiento probablemente está asociado con las muchas funciones que realiza la membrana plasmática. A medida que las colas de ácidos grasos permanecen unidas, los fosfolípidos, en presencia de agua, forman una doble capa autosellante; así, las rupturas y grietas en la

membrana se cierran por sí mismas. La membrana debe ser tan viscosa como el aceite de oliva para permitir que las proteínas de la membrana se muevan lo suficientemente libremente como para realizar sus funciones sin destruir la estructura de la membrana. Esta disposición dinámica de fosfolípidos y proteínas se llama modelo de mosaico fluido. La función más importante de la membrana plasmática es servir como una barrera selectiva a través de la cual los materiales entran y salen de la célula. En este papel, las membranas plasmáticas tienen permeabilidad selectiva (a veces llamada semipermeabilidad). Este término indica que ciertas moléculas e iones pasan a través de la membrana, pero otros no pueden pasar a través de ella. La permeabilidad de la membrana depende de varios factores. Las moléculas grandes (como las proteínas) no pueden pasar a través de la membrana plasmática, posiblemente porque son más grandes que los poros de las proteínas integrales, que funcionan como canales. Pero las moléculas más pequeñas (como el agua, el oxígeno, el dióxido de carbono y algunos azúcares simples) generalmente pueden atravesarlo fácilmente. Los iones penetran la membrana muy lentamente. Las sustancias que se disuelven fácilmente en lípidos (como el oxígeno, el dióxido de carbono y las moléculas orgánicas no polares) van y vienen más fácilmente que otras sustancias porque la membrana está compuesta principalmente de fosfolípidos. El movimiento de los materiales a través de las membranas plasmáticas también depende de las moléculas transportadoras, que se describirán en breve. Las membranas plasmáticas también son importantes en la digestión de nutrientes y la producción de energía. Las membranas plasmáticas bacterianas contienen enzimas capaces de catalizar reacciones químicas que degradan los nutrientes y producen ATP. En algunas bacterias, los pigmentos y enzimas involucrados en la fotosíntesis se encuentran en las invaginaciones de la membrana plasmática que se extienden al citoplasma. Estas estructuras de membrana se denominan cromatóforos o tilacoides. Cuando se examina bajo el microscopio electrónico, las membranas plasmáticas bacterianas a menudo parecen contener una o más invaginaciones grandes e irregulares llamadas mesosomas. Se han propuesto muchas funciones para los mesosomas. Sin embargo, ahora se sabe que son artefactos, no verdaderas estructuras celulares. Se cree que los mesosomas son pliegues en la membrana plasmática que se desarrollan debido al proceso utilizado para preparar muestras para microscopía electrónica. Destrucción de la membrana plasmática por antimicrobianos Dado que la membrana plasmática es vital para la célula bacteriana, no es sorprendente que muchos agentes antimicrobianos ejerzan sus efectos en este sitio. Además de los productos químicos que dañan la pared celular y, por lo tanto, exponen indirectamente la membrana a lesiones, muchos compuestos dañan

específicamente las membranas plasmáticas. Dichos compuestos incluyen ciertos alcoholes y compuestos de amonio cuaternario utilizados como desinfectantes. Al interrumpir los fosfolípidos de membrana, un grupo de antibióticos conocidos como polimixinas produce pérdida de contenido intracelular y posterior muerte celular.

Citoplasma Para una célula procariota, el término citoplasma se refiere a una sustancia de la célula dentro de la membrana plasmática (ver Figura 4.6). Alrededor del 80% del citoplasma está compuesto de agua, que contiene principalmente proteínas (enzimas), carbohidratos, lípidos, iones inorgánicos y compuestos de muy bajo peso molecular. Los iones inorgánicos están presentes en concentraciones mucho más altas en el citoplasma que en la mayoría de los medios. El citoplasma es grueso, acuoso, semitransparente y elástico. Las estructuras principales del citoplasma procariota son: un área nuclear (que contiene ADN), las partículas llamadas ribosomas y los depósitos de reserva llamados inclusiones. Las proteínas filamentosas en el citoplasma son directamente responsables de la forma helicoidal y de varilla de la célula bacteriana.

NUCLEOIDE El nucleósido de una célula bacteriana generalmente contiene una única molécula de ADN de doble cadena larga, continua, a menudo dispuesta de forma circular, llamada cromosoma bacteriano. Esta es la información genética de la célula, que transporta todos los datos necesarios para las estructuras y funciones celulares. A diferencia de los cromosomas de células eucariotas, los cromosomas bacterianos no están rodeados por una envoltura nuclear (membrana) y no incluyen histonas. El nucleoide puede ser esférico, alargado o con forma de pesa. En bacterias que crecen activamente, el ADN ocupa hasta el 20% del volumen celular porque estas células pre-sintetizan material nuclear para futuras células. El cromosoma está unido a la membrana plasmática. Se cree que las proteínas en la membrana plasmática son responsables de la replicación del ADN y la segregación de nuevos cromosomas en células hijas en la división celular. Además del cromosoma bacteriano, las bacterias a menudo contienen pequeñas moléculas circulares de ADN de doble cadena llamadas plásmidos. Estas moléculas son elementos genéticos extracromosómicos; es decir, no están conectados al cromosoma bacteriano principal y se replican independientemente del ADN cromosómico.

La investigación indica que los plásmidos están asociados con las proteínas de la membrana plasmática. Por lo general, contienen de 5 a 100 genes que generalmente no son cruciales para la supervivencia de las bacterias en condiciones ambientales normales; Los plásmidos se pueden adquirir o perder sin dañar la célula. Bajo ciertas condiciones, sin embargo, son una ventaja para las células. Los plásmidos pueden transportar genes para actividades tales como resistencia a antibióticos, tolerancia a metales tóxicos, producción de toxinas y síntesis de enzimas. Se pueden transferir de una bacteria a otra. De hecho, el ADN plasmídico se usa para la manipulación genética en biotecnología.

RIBOSOMAS Todas las células eucariotas y procariotas contienen ribosomas, que funcionan como sitios de síntesis de proteínas. Las células con altas tasas de síntesis de proteínas, como las que están creciendo activamente, tienen una gran cantidad de ribosomas. El citoplasma de una célula procariota contiene decenas de miles de estas estructuras muy pequeñas, que le dan al citoplasma una apariencia granular. Los ribosomas están compuestos por dos subunidades, cada una de las cuales consiste en proteínas y un tipo de ARN llamado ARN ribosómico (ARNr). Los ribosomas procariotas difieren de los ribosomas eucariotas en la cantidad de proteínas y moléculas de ARNr que contienen; También son ligeramente más pequeños y menos densos que los ribosomas de células eucariotas. Varios antibióticos actúan inhibiendo la síntesis de proteínas en los ribosomas procariotas. Los antibióticos como la estreptomicina y la gentamicina se unen a la subunidad 30S e interfieren con la síntesis de proteínas. Otros antibióticos, como la eritromicina y el cloranfenicol, interfieren con la síntesis de proteínas al fijarse en la subunidad 50S. Debido a las diferencias en los ribosomas procariotas y eucariotas, la célula microbiana puede ser destruida por el antibiótico mientras la célula huésped eucariota permanece intacta.

INCLUSIONES Dentro del citoplasma de células procariotas hay varios tipos de depósitos de reserva, conocidos como inclusiones. Las células pueden acumular ciertos nutrientes cuando son abundantes y usarlos cuando son escasos en el medio ambiente. La evidencia sugiere que las macromoléculas concentradas en inclusiones evitan el aumento de la presión osmótica que ocurriría si las moléculas se dispersaran en el citoplasma. Algunas inclusiones son comunes a una amplia variedad de bacterias, mientras que otras están limitadas a un pequeño número de especies, lo que sirve como base para la identificación.

PERLAS DE METACROMO Los gránulos metacromáticos son inclusiones grandes que reciben su nombre del hecho de que a veces se tiñen de rojo con ciertos colorantes azules como el azul de metileno. Colectivamente, se les conoce como volutina. La volutina representa una reserva de fosfato inorgánico (polifosfato) que se puede usar en la síntesis de ATP, generalmente formada por células que crecen en ambientes ricos en fosfato. Los gránulos metacromáticos se encuentran en algas, hongos y protozoos, así como en bacterias. Estos gránulos son característicos de Corynebacterium diphtheriae, agente causante de la difteria; por lo tanto, tienen importancia diagnóstica. Gránulos de polisacárido Las inclusiones conocidas como gránulos de polisacárido se componen característicamente de glucógeno y almidón, y su presencia se puede demostrar cuando se aplica yodo a las células. En presencia de yodo, los gránulos de glucógeno se vuelven de color marrón rojizo y los gránulos de almidón se vuelven azules. Inclusiones de lípidos Las inclusiones de lípidos aparecen en varias especies de Mycobacterium, Bacillus, Azotobacter, Spirillum y otros géneros. Un material de almacenamiento de lípidos bacterianos común es el polímero de ácido poli-β-hidroxibutírico. Las inclusiones lipídicas se revelan al teñir las células con colorantes solubles en grasa, como los colorantes de Sudán.

PERLAS DE AZUFRE Ciertas bacter...