¡Descarga Micro tema 6 i 7 y más Apuntes en PDF de Microbiología solo en Docsity!
TEMA 6 i 7.- CICLE CEL·LULAR I CREIXEMENT
El creixement és la finalitat última de la cèl·lula,donant dues cèl·lules filles. Es tracta d’un augment ordenat de tots els components cel·lulars a causa d’un increment de la mida cel·lular i el nombre de cèl·lules a nivell poblacional.
Fissió binària
Per créixer cal que les cèl·lules es divideixin. La majoria ho fan per fissió binària. El primer pas per a la divisió és que la cèl·lula sigui jove a l’inici del cicle, llavors la cèl·lula parental es prepara per a la divisió, allargant la seva paret cel·lular i incrementant la seva membrana cel·lular i el seu volum global. A mesura que els cromosomes comencen a moure’s cap els finals oposats de la cèl·lula, comença a formar-se el septum. Altres components citoplasmàtics comencen a distribuir-se també cap a les dues cèl·lules en formació. El septum es sintetitza completament a partir del centre cel·lular i la membrana cel·lular es separa quedant d’aquesta manera dues càmeres cel·lulars. En aquest punt, les dues cèl·lules filles estan dividides. Algunes espècies es separen completament mentre que altres continuen unides, formant cadenes, doblets o altres agrupacions cel·lulars. Tot el temps necessari per aquesta divisió rep el nom de temps de generació. Per exemple, el d’ Escherichia coli és de 40 minuts per la replicació o partició del DNA més 20 min per a la preparar la divisió.
Durant aquest temps, tots els constituents augmenten proporcionalment amb un creixement equilibrat. Cada cèl·lula filla rep un cromosoma complet i diferents copies de totes les altres macromolècules, monòmers i ions inorgànics per a existir com a cèl·lules independents. El repartiment del DNA duplicat entre les dues cèl·lules filles depèn de la unió del DNA a la membrana durant la divisió. La segregació real de les dues còpies és facilitada per la formació del septum. Per dur a terme la fissió, és important el paper d’unes proteïnes específiques implicades, les quals són les FTs, MinE i MreB.
Replicació del cromosoma i partició
En el cromosoma (normalment circular) hi ha un origen de replicació (OriC) i un de terminació (Ter). Intervenen replisomes, que són un grup de proteïnes necessàries per a la síntesi de DNA. El DNA parental es rebobina a través del replisoma a mesura que té lloc la replicació. La MreB és una proteïna anàloga de l’actina que juga un paper important en la determinació de la forma cel·lular i el moviment dels cromosomes a pols oposats. Tot i que sumat els temps en què triga en replicar-se el DNA i la formació del septe i divisió cel·lular, el cicle es completa en 20 minuts gràcies a que el segon, tercer i quart torn de replicació comencen abans de que es completi la primera. El model de replicació duu el nom de multiforqueta de replicació.
Proteïnes Fts i divisió cel·lular
Són essencials per a la divisió a tots els procariotes. A la cèl·lula, les proteïnes Fts interaccionen per formar un aparell de divisió cel·lular que s’anomena el divisoma. El divisoma sembla dirigir en el centre de la cèl·lula bacil·lar la síntesi del nou material de membrana i de paret cel·lular, l’anomenat septum de divisió, fins que la cèl·lula fa aproximadament el doble de la seva longitud original.
En un primer pas, el DNA replicat (nucleoide) es mou cap als pols i es condensa gràcies a la intervenció de condensines i topoisomerases. En finalitzar la replicació (senyal) , les proteïnes Par (de partició) han mogut els dos cromosomes cap als pols, abans que es formi l’anell FtsZ (anell de divisió) i es divideixi la cèl·lula.
D’altra banda, les proteïnes FtsZ (semblant tubulina) es troben repartides pel citoplasma de la cèl·lula i durant la divisió cel·lular es centralitzen al mig de la cèl·lula gràcies a l’acció de les proteïnes Min, que s’encarreguen de localitzar el punt mig on s’haurà de formar l’anell i actuen com a conductores de les FtsZ.
Aquest model de fissió binària implica que hi haurà un augment de la biomassa i també un creixement de la paret, per tant també hi actuen proteïnes implicades en la síntesi de peptidglicà. Aquestes juntament amb les FtsZ i altres Fts formen el DIVISOMA (complex proteic). És el model utilitzat per la majoria de procariotes, tot i que no l’únic. Podem fer tinció diferencial de manera que veiem la situació de cada element en cada una de les etapes: inici, elongació, migració i partició.
Proteïnes Min i duplicació del DNA
La localització de l’anell FtsZ entre els dos nucleoides està facilitzada per les proteïnes Min (C, D i E). Les proteïnes Min asseguren que la formació del divisoma tingui lloc només en el centre de la cèl·lula. Min C i D tenen una conformació espiral al llarg de la cèl·lula, de manera que la màxima concentració s’hi dóna en els extrems i així MinE pot concentrar-se al centre. La presència de MinE provoca que es formi el divisoma. A mesura que progressa l’elongació cel·lular i comença la formació del septum, les dues còpies del cromosoma se separen i cadascuna termina en una cèl·lula filla, de manera que FtsK ajuda a la separació d’elles. Quan s produeix la constricció del septum, l’anell FtsZ comença a despolimeritzar-se i cap a l’interior d’aquesta zona s’inicia la síntesis d’altres materials de la paret cel·lular que formen el septum i que finalment arribaran a segellar la regió d’una unió d’una cèl·lula amb l’altra.
Proteïnes MreB i determinació de la morfologia cel·lular
Aquesta proteïna determina la forma dels procariotes. Forma un citoesquelet dinàmic similar al de l’actina i disposa en bandes filamentoses en espiral per l’interior de la cèl·lula just sota la membrana citoplasmàtica. També localitza la síntesi de peptidglicà nou i d’altres components de la paret cel·lular en llocs específics al llarg de l’eix gran
-Fase exponencial (log): és un creixement constant de manera que la població és homogènia en propietats físico-químiques.
-Fase estacionari: el nombre de cèl·lules es manté constant per l’equilibri entre les cèl·lules que es generen i les que moren.
-Fase mort: les cèl·lules algunes moren i altres vives però en repòs (no generació de nous individus).
Cultiu tancat
D’altra banda, el creixement es pot modificar augmentant o disminuint la concentració de nutrients limitant resultant més biomassa però a la mateixa velocitat de creixement.
La concentració que li posem, sigui més o menys, sempre ens farà en la corba de creixement un final estacionari, que pot ser causat per la limitació dels nutrients, de la disponibilitat d’oxigen, l’acumulació de residus tòxics o que no s’arribi a una densitat de població crítica. Les vertaderes respostes a les possibles raons són que apareixen canvis morfològics (formació d’espores) i acaben tenint una mida més reduïda i poden viure molt més temps i l’increment de la virulència.
Cultiu continu o obert
Tot i que el volum, com en els tacats, sigui fix, es diferencia en la presència d’entrada de nutrients i eliminació de residus, cèl·lules en fase log amb un concentració cel·lular constant durant molt de temps. S’utilitza sovint en estudis i processos industrials. El tipus d’instrument més usat és el quimiòstat. Aquet aparell controla la velocitat de creixement i la densitat poblacional del cultiu independent i simultàniament modificant la velocitat de dilució (velocitat amb què es bombeja el medi fresc i es retira el medi gastat) i la concentració d’un nutrient limitant (com la font de carboni o nitrogen que està present al medi estèril que entra). Amb aquest aparell es pot controlar independentment la densitat d població i la taxa de creixement (μ).
Un fet important és que el temps de generació està relacionat amb la velocitat de dilució.
Un altre aparell comú és el turbidòstat: manté un control intern ajustant la velocitat de dilució de tal forma que la densitat òptica del cultiu sigui constant. Tot i això, no hi ha nutrient limitant.
