Tema 6. Cuerpos de inclusión y vesículas de gas PDF

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Apuntes con los que obtuve una calificación de 9.1 con el profesor Amando Flores....

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Tema 6: Cuerpos de inclusión y vesículas de gas

Cuerpos de inclusión y vesículas de gas Los cuerpos de inclusión son gránulos de materia orgánica o inorgánica que se utilizan generalmente para almacenar sustancias como reserva. Estos pueden estar libres en el citoplasma (gránulos de polifosfato, gránulos de cianoficina y algunos gránulos de glucógeno) o estar rodeados por una membrana diferente a la plasmática (gránulos de poli-βhidroxibutirato, algunos gránulos de glucógeno y azufre, carboxisomas y vacuolas de gas). Las sustancias acumuladas se utilizan después en condiciones limitantes de escasez de nutrientes o para las biosíntesis de alguna molécula importante. En estos cuerpos se almacenan sustancias muy variadas dando lugar a la gran variedad de cuerpos de inclusión que existen. Entre ellos destacan los siguientes: 

Gránulos de poli-ß-hidroxibutirato: Son acúmulos de un polímero de carbono, que ocupan buena parte de la célula, rodeados de membrana. Ella tiene eso almacenado y cuando le haga falta se lo come. -

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Se forman en condiciones de exceso de carbono. Y limitación de otros nutrientes. Se utilizan en condiciones de escasez

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 Bioplásticos Trozos de polihidroxibutirato (PHB) extraído de cultivos bacterianos.

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Biopolímeros, poseen propiedades similares a las de los plásticos derivados del petróleo.

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Pueden ser totalmente degradados por las bacterias que los producen, y por otras bacterias, hongos y algas.

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Alto costo de producción.

Glóbulos de azufre: Se acumula azufre elemental S0. Las inclusiones aparecen en dos grupos de bacterias que usan sulfuro de hidrógeno (SH2): o o

Las bacterias púrpuras del azufre que usan el SH2 como donador de electrones para la fotosíntesis. Quimiolitotrofos: Lo usan como donador de electrones para sus oxidaciones.

En ambos casos, el sulfuro de hidrógeno es oxidado a azufre elemental (S0), que se acumula en el citoplasma hasta que se oxida a sulfato (SO4) para ser utilizado cuando en el medio se agota el sulfuro (S-). El azufre elemental se puede oxidar. Se puede utilizar este azufre como fuente de energía.

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 Magnetosomas: Son gránulos que contienen en su interior partículas de pirita, por lo que están orientados según el campo magnético de la Tierra. Las bacterias que los contienen se comportan como un imán. Estas bacterias son anaerobias, viven en los fondos de los océanos y almacenan residuos en su interior, por lo que sirven para limpiar las aguas. Los imanes que tienen en su interior les permiten orientarse buscando bajas concentraciones de oxígeno y altas concentraciones de nutrientes.

 Gránulos de cianoficina: Proteína rica en arginina y Aspartato. Sirven como reserva de N para la bacteria  Gránulos de polifosfato: También llamada volutina. Reserva de fosfato en forma de poliésteres de fosfato (en cadena).  Carboxisomas: Presentes en muchos organismos autótrofos fijadores de CO2. Reserva de rubisco en forma cristalina y aspecto poliédrico, esta enzima se encarga de la fijación del CO2.

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Inclusiones polisacáridas (Por encima) : Son acumulaciones de glucanos, principalmente almidón o glucógeno, que se depositan de modo más o menos uniforme por todo el citoplasma cuando determinadas bacterias crecen en medios con limitación de fuente de N, pero donde aún sean abundantes las fuentes de C y energía. Tanto los Gránulos de poli-ß-hidroxibutirato como las inclusiones polisacáridas son una reserva de carbono que proporciona materia para la obtención de energía y para la biosíntesis. Muchas bacterias acumulan también carbono en forma de gotitas lipídicas.

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 Vesículas de gas (Por encima): Estructuras intracelulares típicas de cianobacterias y otros procariotas acuáticos. Las vesículas son alargadas y rígidas rodeadas por una pared exclusivamente proteica, impermeable al agua, pero permeable a los gases. Permiten controlar la flotabilidad para permanecer a la profundidad necesaria para conseguir una intensidad luz, una concentración de oxígeno y unos niveles de nutrientes adecuados. Las bacterias descienden colapsando las vesículas y flotan al formar nuevas vesículas.

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Ribosomas Examen: Comparación de ribosomas eucariotas y procariotas. Son los elementos intracelulares más abundantes. Tanto los ribosomas eucarióticos como los procarióticos tienen la misma función y están formados por subunidades de ácido ribonucléico ribosómico y proteínas. La diferencia que existe entre ellos es el tamaño, los de procariotas son más pequeños (70s, los eucarióticos 80s). Los procarióticos tienen dos subunidades (50s y 30s):  Subunidad 50s: Con dos moléculas de ARNr 23s y 5s y 34 proteínas.  Subunidad 30s: Una molécula de ARNr 16s y 21 proteínas.

Los eucarióticos tienen dos subunidades (40s y 60s):  Subunidad 40s: Con dos moléculas de ARNr 18s y 33 proteínas.  Subunidad 60s: Una molécula de ARNr 5s, 28s y 5,85s y 49 proteínas.

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Nucleoide El nucleoide procariótico consta generalmente de una única molécula de DNA circular que no está en un compartimento separado rodeado por membrana, pero sí está muy compactado con proteínas. Nucleoide (que significa similar al núcleo y también se conoce como región nuclear o cuerpo nuclear) es la región que contiene el ADN en el citoplasma de los procariontes. Esta región es de forma irregular. En las células procariotas, el ADN es una molécula única, generalmente circular y de doble filamento, que se encuentra ubicada en un sector de la célula que se conoce con el nombre de nucleoide, que no implica la presencia de membrana nuclear. Dentro del nucleoide pueden existir varias copias de la molécula de ADN. -

Bacterias, estas proteínas estructurales no están relacionadas con las histonas, Arqueas, se observan estructuras similares a los nucleosomas, esto hace referencia a que muchas de las características de las arqueas las hace incluso más parecidas a eucariotas que a procariotas.

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Endosporas -

Formas de resistencia Es un programa de diferenciación complejo. En respuesta a condiciones adversa Es una forma de resistencia que se forma en condiciones malas.

Las endosporas son estructuras muy fuertes y de especial resistencia que permite a las células soportar condiciones de estrés por sustancias químicas, rayos UV, desecación… Se forman en la fase de crecimiento temprana. La célula vegetativa que forma la endospora terminará lisándose, al final muere.

 Pregunta: es un proceso de diferenciación complejo que se forma en condiciones adversas, ¿en qué fase de curva de crecimiento esta descrita la formación de endospora en las bacterias en las que esta descrita?, ¿en qué etapa del crecimiento esta descrita la formación de esporas? Durante la fase estacionaria, la fase de muerte es una fase de lisis, se está rompiendo todo, no es una fase en la que la bacteria se pondría a expresar genes y demás. Es en la fase estacionaria, porque es una fase en la cual las células empiezan su reprogramación para formar esas endosporas.

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Estructura de la endospora La endospora tiene varias capas sucesivas y dentro el protoplasto, el protoplasto tiene ADN, tiene ARN, tiene enzimas necesarias para cuando llegue el momento. En él se encuentra el ADN y algunos ribosomas, pero es metabólicamente inactivo. El citoplasma está muy deshidratado. Hay acumulación de ácido dipicolínico (15% en el interior del protoplasto), que tiene como función la protección del material genético. Rodeando a la pared del protoplasto nos encontramos varias capas, que de dentro a fuera son:  Córtex/Corteza: Tiene capas de peptidoglicanos.  Cubierta: Composición en general a base de proteínas de tipo queratina, ricas en cisteína y en aminoácidos hidrófobos. Es muy insoluble e impermeable, e impiden la entrada de numerosos agentes químicos, incluyendo sustancias tóxicas. La abundancia de puentes S-S las hace muy compactas y muy estables químicamente.  Exosporio: Es una estructura membranosa de naturaleza principalmente proteica que envuelve al resto de la espora de una forma “suelta”.

La endospora no está muerta, tiene la misma carga genómica que tendría una célula vegetativa. Todo esto permite que la bacteria sobreviva a condiciones realmente desfavorables. Los materiales no se degradan hasta que llega el momento en el que se la bacteria biodegrada sus propios componentes para sobrevivir, saca energía de ellos.

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Proceso de esporulación en Bacillus subtilis La esporulación se induce por una situación de estrés, existe un estimulo que es el responsable de desencadenar la esporulación, este podría ser la carencia de nutrientes.

 Fase 0 (célula vegetativa): Al final del periodo de crecimiento exponencial, la célula vegetativa contiene dos cromosomas.  Fase I (Formación del filamento axial (esporangio)): El material genético se condensa constituyendo un filamento axial. Cada nucleoide está unido a uno de los extremos de la célula. Se produce una invaginación asimétrica de la membrana plasmática, formando dos septos cerca de los polos.

 Fase II(Formación del septo de la preespora): Se termina por formar un septo acéntrico que engloba parte del ADN y se forma la preespora, que dará lugar a la endospora

 Fase III(Inclusión de la preespora): La membrana sigue creciendo y engloba la preespora inmadura en una segunda membrana Página 9 de 14 Luis Pedro Gª-San Segundo Jiménez. Facultad de Ciencias Experimentales, Universidad Pablo de Olavide. [email protected]

 Fase IV (Formación del córtex): Se depositan peptidoglicanos (córtex) en el espacio entre las dos membranas y se acumula calcio y ácido dipicolínico.

 Fase V (Formación de cubierta y exosporio): Se empieza a depositar proteínas alrededor del córtex, comenzando a formar la cubierta y el exosporio.

 Fase VI (Maduración, cubierta completa): Finaliza la síntesis de la cubierta. Se produce la maduración de la preespora hasta formar la espora.

 Fase VII (Lisis del esporangio): Enzimas líticas destruyen el esporangio (autolisis de la célula madre) liberando la espora.

Este proceso necesita ocurre en unas 10 horas y necesita unos 200 genes, son gran cantidad de genes para ser una bacteria, además está perfectamente regulado.

Función de la endospora  Forma de resistencia a todo tipo de condiciones desfavorables, agentes químicos, antibióticos, desecación…  Se cree que son capaces de sobrevivir millones de años y germinar cuando las condiciones son adecuadas.

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Germinación de la endospora Consiste en la transformación de espora a célula vegetativa activa y se produce cuando vuelven las condiciones adecuadas, se producen células de nuevo vegetativas. Ocurre en tres fases:  Activación: Proceso que prepara las esporas para la germinación y se produce normalmente mediante tratamiento como un pequeño calentamiento, es un proceso reversible, es un proceso de señalizar intracelular, el medio externo provoca una señalización intracelular que hace que germine, pero se puede cancelar y volver a estado de endospora.  Germinación: Hinchamiento de la espora, lo que produce la rotura de la cubierta. Pierde su capacidad de resistencia, empieza a adquirir nutrientes y libera los componentes de la espora. Aumenta la actividad metabólica. De la cuberita sacan la fuente de carbono y de nitrógeno  Crecimiento: Con los restos de la cubierta sintetiza sus propias biomoléculas: proteínas, ácidos Nucleicos… y se transforma de nuevo en una bacteria normal.

“Las arqueas pueden producir endosporas, pero las más típicas son Gram + de Bacilus”  Examen Pregunta: Mutaciones que interrumpen el proceso de esporulación Provocamos estas mutaciones, vamos a elegir a que afectará una mutación que cause eso: 1. Mutación que reduzca la síntesis de acido dipicolínico  a. el acido dipicolínico protege al ADN, por tanto si la bacteria no puede proteger su ADN, se reduce su longevidad debido a daños químicos. Le estas quitando la protección 2. Mutación que impida a la preespora la fabricación del córtex  b. la hace más resistente a la acción de la Lisozima, como si fuese una arquea, es más resistente a la acción de Lisozima. 3. Mutación que impida a la célula madre formar la cubierta  c a. Reduce longevidad debido a daños químicos b. Reduce la resistencia a solventes orgánicos c. Reduce la resistencia a Lisozima

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Flagelos Son estructuras proteicas semirrígidas, cuya función es proporcionar movimiento. Dependiendo del número y de la disposición de los mismos, pueden ser:    

Polar/monotrico: Tiene el flagelo en un solo sitio. Anfitricos: Dos flagelos en sitios opuestos. Peritricos: Muchos flagelos orientados en distintas posiciones. Lofotricos: Los flagelos salen todos de una misma zona o dos, formando penachos.

Los flagelos dirigen a las bacterias hacia donde ellas quieren ir

Funciones de los flagelos  Proporcionan movilidad a la célula.  Movimiento dirigido (taxias), controlado por el sentido de giro del flagelo. Las taxias pueden ser debidas a sustancias atrayentes o repelentes, pero también por ejemplo por campos magnéticos.

Adicional: Fimbrias y Pili -

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Fimbrias: adhesión a superficies (contribuyen a la patogenicidad) Pili: órganos sexuales, que se utilizan para la transferencia de DNA durante la conjugación

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Movilidad en bacterias con flagelos perítricos  En ausencia de estímulos la bacteria tiene movimientos direccionales (carrera). Los flagelos están en penacho con rotación antihoraria (sentido contrario a las agujas del reloj).  Cuando hay algún estimulo la bacteria utiliza los tumbos (movimientos aleatorios), para cambiar de dirección. Los flagelos no están ordenados.

 Cuando encuentra la dirección adecuada, reordena los flagelos y gira en el sentido de las agujas del reloj (tienen rotación horaria) Este movimiento se lleva a cabo gracias a la maquinaria proteica que los componen. Pueden llegar a girar a 100.000 r.p.m.

“El flagelo de los eucariotas no rota, es un movimiento como de látigo”

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Estructura del flagelo en Gram Negativas (Por encima) Consta de tres estructuras:  Filamento: Puede ser largo (5m) y entre 15 y 20 nm de ancho. Formado de flagelina, está hueco y con estructura helicoidal. Tiene una proteína terminal permitiendo su formación.  Gancho: Es rígido, conecta al cuerpo basal con el filamento. Está compuesto por varias proteínas diferentes, el gancho en sí por una sola, las demás se encuentran en las uniones.  Cuerpo basal: Es la parte compleja. Compuesto por una serie de anillos asociados a las distintas capas de la membrana y pared. Con cada anillo hay varias proteínas, que no son del propio flagelo pero que tienen un papel fundamentar en el movimiento. o Anillo MS: Se encuentra en la membrana plasmática, tiene dos tipos de proteínas, fli (se encarga del cambio de sentido de giro del flagelo) y mot (genera el movimiento). A partir de la energía de un gradiente de protones hace que gire el anillo, con él la varilla y con ella el filamento. o Anillo P: Unido fuertemente al peptidoglicano. o Anillo L: Asociado a los Lipopolisacáridos de la membrana externa. Estos dos anillos no rotan a pesar de que son atravesados por la varilla, se encargan de amortiguar las vibraciones.

Estructura del flagelo de Gram Positivas (Por encima) Sus flagelos son más sencillos. Sólo tienen el anillo interior MS, aunque no tiene los otros dos anillos, se cree que tienen otras estructuras que desempeñan la misma función. A pesar de eso su movimiento es muy parecido.

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