2.1: La Bacteria - Una Introducción
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- Organismo unicelular
- Ampliamente dispersos en el medio ambiente
- Invisible a simple vista, pero discernible por sus acciones: la leche cura, las heridas se vuelven sépticas, la carne putrefica, etc.
- Células de tipo procariota (otros organismos son células de tipo eucariota)
|
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|---|---|
| Sin membrana nuclear: cromosoma (s) en contacto directo con el citoplasma | Los cromosomas están encerrados en una membrana nuclear de doble capa |
| Estructura cromosómica simple | Estructura cromosómica compleja; ADN asociado a proteínas histonas |
| La división celular no implica meiosis | La división celular implica mitosis y meiosis |
| Si están presentes, las paredes celulares contienen peptidoglicano, sin celulosa ni quitina | Si están presentes, las paredes celulares contienen celulosa o quitina, nunca peptidoglicano |
| Sin mitocondrias ni cloroplastos | Mitocondrias generalmente presentes, cloroplastos en células fotosintéticas |
| Las células contienen ribosomas de un solo tamaño | Las células contienen dos tipos de ribosomas, uno en el citoplasma y el tipo más pequeño en las mitocondrias |
| Los flagelos, si están presentes, tienen una estructura simple | Los flagelos, si están presentes, tienen una estructura compleja |
Nota: las bacterias son microorganismos, pero no todos los microorganismos son bacterias. Algas, hongos, líquenes, protozoos, virus y agentes subvirales son todos microorganismos (siendo la mayoría de ellos células de tipo eucariota
Actividades bacterianas
Bacterias patógenas (causantes de enfermedades)
- Cólera (vómitos, diarrea profusa)
- Botulismo (parálisis muscular)
- Tétanos (contracciones incontrolables del músculo esquelético)
- Intoxicación alimentaria estafilocócica (vómitos, diarrea)
- Toxina Shiga (verotoxina) (disentería clásica)
- Tifoidea (septicemia: bacterias en la sangre, destrucción del tejido huésped)
- Fiebre de la oroya (Bartonella bacilliformis - destruye los glóbulos rojos)
- Choque endotóxico (el componente lipopolisacárido de la pared celular causa la liberación de agentes inflamatorios del huésped que conducen al choque y la muerte)
- Artritis reactiva (respuesta en algunas personas a la infección por Salmonella)
La mayoría de las bacterias no hacen daño a los humanos, y pueden ser bastante útiles:
- Producción de antibióticos
- Aditivos enzimáticos para detergentes
- Insecticidas
- Producción de plásticos biodegradables
- “Biomining” - lixiviación de metales de minerales de baja calidad
- Usos en la industria alimentaria
- Mantequilla
- Queso
- Yogurt
- Vinagre
- Cacao
- Café
- Fertilidad del suelo
Clasificación y Nombramiento de bacterias
Las diferencias entre bacterias pueden incluir
- forma
- tamaño
- estructura
- actividades químicas
- nutrientes requeridos
- forma de energía requerida
- ambiente requerido
- reacción a ciertos tintes
Familia, género, especie, cepa
Las bacterias de la misma Familia, en general tendrían:
- estructura similar
- utilizar la misma forma de energía
- reaccionan de manera similar a ciertos tintes
Las bacterias de la misma familia pueden dividirse en diferentes géneros en función de las diferencias en
- actividades químicas
- requerimientos de nutrientes
- condiciones para el crecimiento
- forma y tamaño (hasta cierto punto)
Las cepas de bacterias son bacterias de la misma especie, pero con alguna diferencia sutil (tal vez una sola diferencia mutacional)
Nombre del binomio latino
- Nombre del género, en mayúscula.
- Seguido del nombre de la especie, minúscula
- En cursivas. A veces el nombre del género se abrevia a una sola letra (con un punto)
- El nombre de la cepa sigue, generalmente entre paréntesis. En la lengua vernácula, el nombre de la cepa se usa comúnmente para identificar la bacteria
Algunas características de las bacterias
Forma
- Células redondeadas o esféricas - cocos (singular: coccus)
- Células alargadas o en forma de varilla - bacilos (singular: bacilo)
- Espirales rígidas - spirilla (singular: spirillum)
- Espirales flexibles - espiroquetas (singular: espiroqueta)
Nota
Existe un género de bacterias llamado Bacillus. Algunas bacterias en forma de bacilo pertenecen al género Bacillus, otras no.
Tamaño
- Las bacterias generalmente se miden en micrómetros (1x10 -6 m)
- Las bacterias más pequeñas son aproximadamente 0.2 micrómetros (Chlamydia)
- Las bacterias más grandes son alrededor de 600 micrómetros (Epulopiscium fishelsoni. - habita el intestino de un pez)
- Las bacterias “promedio” son de 1-10 micrómetros (nota: el límite de resolución del microscopio óptico es de aproximadamente 0.2 micrómetros)
Una bacteria “generalizada”:
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Figura 2.1.1: Diagrama general de bacterias
- El ADN de la célula está ampliamente plegado para formar un cuerpo llamado nucleoide
- El citoplasma llena el interior de las células y baña el nucleoide
- Los gránulos de almacenamiento contienen una reserva de nutrientes, típicamente formas poliméricas de b -hidroxibutirato y fosfato. El poli-b -hidroxibutirato es la base de un plástico biodegradable (Biopol)
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Figura 2.1.2: Poli- b -hidroxibutirato
- El nucleoide, los ribosomas, el citoplasma y los gránulos de almacenamiento están unidos por un saco membranoso, la membrana citoplásmica (membrana celular o membrana plasmática)
- La capa más externa es una pared celular resistente. Juntos, la membrana plasmática y la pared celular se llaman la envoltura celular
- La región entre la membrana plasmática y la pared celular se llama espacio periplásmico
- El flagelo se utiliza para la motilidad
Membrana citoplasmática
- bicapa lipídica, de 7-8 nm de espesor, con moléculas proteicas parcial o completamente incrustadas
- Las capas interna y externa son hidrofílicas, mientras que el interior de la bicapa es hidrofóbica
- En E. coli el lípido principal es fosfatidiletanolamina; los componentes lipídicos menores incluyen fosfatidilglicerol y difosfatidilglicerol
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Figura 2.1.3: Bicapa fosfolípida
Las proteínas de membrana citoplásmica incluyen:
- enzimas involucradas en la síntesis del peptidoglicano de la pared celular
- proteínas de transporte (iones translocados y moléculas a través de la membrana citoplásmica
- proteínas de sistemas conversores de energía (ATPasas y cadenas de transporte de electrones)
- Proteínas “sensoriales”, que detectan cambios en el ambiente externo de la célula
La membrana citoplasmática no es libremente permeable a la mayoría de las moléculas
- algunas moléculas pequeñas sin carga (O 2, CO 2, NH 3, H 2 O) pueden pasar libremente
- los iones cargados normalmente no pueden pasar a través de la membrana, y deben ser transportados (con el gasto de energía)
Si se retira la pared celular, lo que queda de la célula se llama protoplasto
- puede sobrevivir (en un tubo de ensayo) y llevar a cabo la mayoría de los procesos celulares normales
- bastante sensible al choque osmótico - si se coloca en agua pura se hinchará (a medida que el agua ingresa a la célula para equilibrar la fuerza osmótica) y se romperá (lisis osmótica)
- En una célula intacta la pared celular evita que el protoplasto se hinche y sufra lisis osmótica
- La pared celular también determina la forma de las bacterias: todos los protplastos son esféricos, independientemente de la forma de las bacterias intactas
La pared celular
Entre las Eubacterias (Reino de todas las bacterias excluyendo las arquebacterias, que suelen ser halófilos y termófilos) solo hay dos tipos principales de pared celular
- Se pueden identificar por su reacción a ciertos tintes (caracterizados por Christian Gram en 1880's):
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Figura 2.1.4: Bacterias Gram positivas y Gram negativas
Pared celular de tipo Gram positivo
- relativamente grueso (30-100 nm)
- 40-80% de la pared está hecha de un polímero complejo duro llamado peptidoglicano (cadenas lineales de heteropolisacáridos reticuladas por péptidos cortos)
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Figura 2.1.5: Pared celular Gram positiva
- La pared celular de una célula grampositiva es una red multicapa que parece estar creciendo continuamente por la adición de nuevo peptidoglicano en la cara interna, con pérdida concurrente en la superficie externa.
Pared celular de tipo gramnegativo (por ejemplo, E. coli)
- más delgada que la pared celular de tipo grampositivo (solo 20-30 nm de espesor)
- tiene una apariencia claramente estratificada
- región interna consiste en una monocapa de peptidoglicano
- la capa externa de la pared celular es esencialmente una bicapa lipídica que contiene proteínas
- los lípidos orientados hacia adentro son fosfolípidos
- los lípidos orientados hacia el exterior son macromoléculas llamadas lipopolisacáridos
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Figura 2.1.6: Pared celular Gram negativa
- la mitad de la masa de la membrana externa consiste en proteínas
- la proteína Braun, que está unida covalentemente a la capa de peptidoglicano
- proteínas de transporte
- porinas - moléculas que atraviesan la membrana externa para crear un 'poro' a través de la membrana. Estos poros permiten que ciertas moléculas e iones pasen a través de la membrana externa (por ejemplo, proteínas OmpC, OmpF)
- los lipopolisacáridos externos adyacentes se mantienen unidos por interacciones electrostáticas con iones metálicos divalentes (Ca 2+, Mg 2+)
- la adición de agentes quelantes (por ejemplo EDTA) puede alterar estas interacciones y debilitar la membrana externa
- la lisozima (producida por el fago lambda, por ejemplo) puede escindir los enlaces sacáridos en la capa interna de peptidoglicano
Cómo lisar una bacteria gramnegativa (por ejemplo, E. coli):
- Añadir un agente quelante de metales divalentes (por ejemplo, EDTA) para alterar los lipopolisacáridos de la membrana externa
- Añadir lisozima para romper la capa de peptidoglicano
- la pared celular está ahora estructuralmente debilitada y no puede proteger el protoplasto del choque osmótico
- choque osmótico a la célula para interrumpir el protoplasto y liberar contenidos citoplásmicos (es decir, choque osmótico alto usando solución de sacarosa; choque osmótico bajo usando agua pura),
- o usar cizalla mecánica/cavitación (Prensa Francesa, Prensa Menton Gaulin)
|
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|---|---|
| Colón | Bacteroides, Clostridium, Escherichia, Proteus |
| Oreja | Corynebacterium, Mycobacterium, Staphylococcus |
| Boca | Actinomices, Bacterioides, Estreptococos |
| Pasajes nasales | Corynebacterium, Staphylococcus |
| Nasofaringe | Streptococcus, Haemophilus (p. ej. H. influenzae) |
| Piel | Propionibacterium, Staphylococcus, Otros (higiene personal, medio ambiente) |
| Uretra | Acinetobacter, Escherichia, Staphylococcus |
| Vagina (adulta, premenopáusica) | Acinetobacter, Corynebacterium, Lactobacillus, Staphylococcus |