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Tema 10
1ª parte.
Tema 10
1ª parte.
Crecimiento bacteriano: Crecimientocelular.
Índice 1.
El ciclo celular procariótico.
Crecimiento poblacional: expresiónmatemática del crecimiento exponencial.
Crecimiento bacteriano en cultivos cerrados.cerrados.
Cultivos continuos.
Crecimiento en ambientes naturales:biopelículas microbianas.
Objetivos •
Describir el ciclo celular de losprocariotas.
Explicar la expresión matemática delcrecimiento poblacional.
Describir los distintos tipos de
Describir los distintos tipos de crecimiento poblacional.
Explicar el cultivo continuo y susaplicaciones.
Describir las biopelículas como forma decrecimiento en ambientes naturales.
1. El ciclo celular procariótico
Crecimiento:
incremento ordenado de todos
los elementos componentes de un sistemabiológico.
Crecimiento
Aumento masa celular
Multiplicación celular
Crecimiento
Aumento masa celular
Multiplicación celular
El crecimiento bacteriano podemos estudiarlodesde dos puntos de vista:
• A escala
individual
• A escala
poblacional
Ciclo celular
: secuencia completa de eventos
entre la formación de una nueva célula y lasiguiente división:
Entrada de nutrientes (
nutrición
1. El ciclo celular procariótico
Entrada de nutrientes (
nutrición
(Tema 6)
• Conversión de los nutrientes en
componentes celulares: metabolismo
(Temas 7, 8 y 9)
División celular
(este tema)
-^
0
INICIO
Para que las células hijas sean iguales a la célula madre es
Ciclo celular
: secuencia completa de eventos
entre la formación de una nueva célula y lasiguiente división:
1. El ciclo celular procariótico
iguales a la célula madre es necesario: 1.
Duplicar la masa celular
Replicar el cromosoma
Que la septación se localice enposición central
INICIO
Donachie (1968): •
Cuando la célula alcanza una masa o volumen críticos(
masa crítica
o
masa de iniciación, Mi
iniciación
de
la
replicación
del
cromosoma
1. El ciclo celular procariótico
Control del proceso de división celular.
iniciación
de
la
replicación
del
cromosoma
Mi:
al
menos
el
doble
de
la
masa
mínima
para
constituir una unidad celular (Mu)
Mi = 2 Mu
Control del proceso de división celular.
Tras alcanzar Mi: 1. Replicación del cromosoma
Semiconservativa y bidireccional
Inicio:
OriC (origen de la replicación)
2. Elongación celular
y
segregación de
los cromosomas
ambas células hijas
1. El ciclo celular procariótico
1
Ribosomas
los cromosomas
ambas células hijas
reciben idéntica dotación genética.
3. Formación del septo
ambas células
hijas reciben idéntica masa celular
4. División de la célula. Fisión binaria
Septo
2 3 4
Proteínas FtsZ : •
Proteínas citoesqueléticas,
análogas
Control del proceso de división celular. Formación del septo y división celular
1. El ciclo celular procariótico
Anillo Z
Proteínas del divisoma: Proteínas
FtsZ
Proteínas citoesqueléticas,
análogas
de la tubulina
- Activación de la división celular
las
unidades de FtsZ se ensamblanformando un
anillo
en el
plano de
división
celular (
anillo Z
divisoma
se dirigen al punto de inicio del mismo
Final de la replicación delcromosoma
señal de inicio.
Unidades de FtsZ
Membrana citoplasmática
Corte transversal de la célula
Anillo Z
espiral
en el intervalo entre divisiones
En el momento de la división
la espiral
se pliega
y forma el
Control del proceso de división celular. Formación del septo y división celular
1. El ciclo celular procariótico
Proteínas del divisoma: Proteínas
FtsZ
En el momento de la división
la espiral
se pliega
y forma el
anillo Z Ver imagen real del anillo Z en http://www.umass.edu/microbio/chime/pipe/ftsz/present/ftszinvivo.htm
E. coli
aquí:
contracción del anillo Z
divide
la célula en dos
conlleva
gasto
Control del proceso de división celular. Formación del septo y división celular
1. El ciclo celular procariótico
Proteínas del divisoma: Proteínas
FtsZ la célula en dos
conlleva
gasto
de energía (
GTP
estructura dinámica
Intercambio constante de unidadesde FtsZ
Control del proceso de división celular. Formación del septo y división celular
1. El ciclo celular procariótico
El anillo Z
recluta al resto de proteínas involucradas
en la
Proteínas del divisoma: división (Fts y otras)
otras proteínas
1. Proteínas FtsA y ZipA: Anclan el anillo Z a la membrana citoplasmática 2. Proteína FtsK:
cierre final del anillo del septo al acabar la
división. 3. Proteínas FtsI y FtsW Ayuda a
crear la nueva pared celular
en la zona del septo,
controlando la síntesis de la mureína.
Permiten la
localización del punto medio
para la septación
Control del proceso de división celular. Formación del septo y división celular
1. El ciclo celular procariótico
Proteínas del divisoma:
otras proteínas
4. Proteínas Min (MinCD, MinE)
MinD MinC
MinEFtsZ
Las proteínas Min inhiben la formación del anillo Z. Su posición es
dinámica
migran de un polo a otro de la
célula, obligando al anillo Z a ensamblarse en el plano mediocelular
Control del proceso de división celular.
1. El ciclo celular procariótico
Divisoma de
Escherichia coli
EMBO Rep. Jul 2003; 4(7): 655–660.
Anillo Z
Formación del septo y división celular
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1326324/figure/f2/
Plano de división
Crecimiento no restringido •^
El que se produce cuando un cultivo bacteriano crece en unmedio donde la
concentración de nutrientes es la suficiente
para conseguir el mayor grado de crecimiento.
-^
Incremento en el número de células
determinado
2. Crecimiento poblacional.
Expresión matemática del crecimiento exponencial •^
Incremento en el número de células
determinado
directamente por el número inicial de células
N
= nº de células k
constante de velocidad de crecimiento (h
dNdt
= k ·
N
Cinética de 1
er
orden
Crecimiento no restringido
2. Crecimiento poblacional.
Expresión matemática del crecimiento exponencial
dNdt
= k ·
N
dNN
= k ·
dt
dN
N
= k ·
dt
N N
0
t t^0
lnN – lnN
0
= k (t-t
ln(N/N
0
) = k (t-t
0
N = N
0
·^
e
k (t-t )
0
0
N/N
0
= e
k (t-t )
3. Crecimiento bacteriano en cultivoscerrados
Crecimiento diáuxico
Lactosa
Se consume sólo tras
Glucosa agotarse la glucosa
entra
directamente
a las rutas
metabólicas de conversión a piruvato.
Se
consume antes
8 6 4 141210
Uso de lactosa
Uso de glucosa
log Nº células
Cuando un medio de cultivo contienen
dos fuentes de C diferentes
las bacterias
no usan ambas a la vez
,^
sino de modo secuencial
Se utiliza siempre preferentemente el sustrato que se metabolicemás fácilmente Cuando éste se acaba
latencia
adaptación
al segundo sustrato
agotarse la glucosa Requiere
activación de la expresión de genes
de transportadores y
β
-galactosidasa
4 2 0
0
10
20
30
40
50
60
Uso de glucosa
Tiempo (h)
log Nº células
• Sistemas que permiten mantener a las
poblaciones microbianas en estado decrecimiento exponencial durante largo tiempo.
Fundamento:
4. Cultivos continuos
Adición continua
de medio de cultivo fresco
• Retirada de cantidades equivalentes de cultivo
agotado, a la
misma velocidad
1. Quimiostato
: regulación determinada por un
nutriente
limitante
en el medio de cultivo (
control externo
Características: •
Regula la
densidad celular
si el nutriente limitante
4. Cultivos continuos
Sistemas de cultivo continuo:^ •
Regula la
densidad celular
si el nutriente limitante
se adiciona al medio en cantidad baja, se alcanzamenor densidad de población.
Regula la
velocidad de crecimiento
el tiempo de
generación varía con la velocidad de recambio delmedio con el nutriente limitante.
4. Cultivos continuos
Sistemas de cultivo continuo:^ 1. Quimiostato
Se consiguen
velocidades de crecimiento muy variadas dentro de
un margen constante de densidad de bacterias
, mediante
variaciones de la
tasa de dilución
(parámetro que indica la velocidad
con la que se recambia el medio de cultivo) •^
Si es muy baja, no hay energíasuficiente para el crecimiento
Tg largo
-^
Al subir la tasa de dilución, bajael Tg
-^
Si es demasiado alta, se lava elsistema, porque las bacterias yano pueden crecer mas rápidoque la velocidad con la que serepone el medio
)-1 Tiempo de generación (h
Densidad de bacterias (g/l)
Densidad de bacterias
Velocidad de recambio del medio
(tasa de dilución)
lavado
4. Cultivos continuos
Sistemas de cultivo continuo:^ 2. Turbidostato
: autorregulación por turbidez.
La velocidad de flujo del medio de cultivo se ajustapara mantener constante la turbidez (
control interno
No hay ningún nutriente limitante.No hay ningún nutriente limitante.
Características:•
Regula la
densidad
celular.
No es posible variar mucho la velocidad decrecimiento
4. Cultivos continuos
Quimiostato
Turbidostato
Ver quimiostato real aquí:
http://dunham.gs.washington.edu/chemostats.jpg
Enlaces web recomendados Apuntes del Dr. Enrique Iáñez http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/12crecimiento.htm Estructura y funciones de FtsZ (en inglés)University of Massachusetts, Amherst. http://www.umass.edu/microbio/chime/pipe/ftsz/present/index.htmhttp://www.umass.edu/microbio/chime/pipe/ftsz/present/index.htm Modelo en 3D del divisoma bacteriano: http://www.youtube.com/watch?v=dmUUUAV5Dg0 Vídeo de la formación del anillo Z en
Bacillus
(Peters y colaboradores, 2007,
Mol. Microbiol
.^
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