¡Descarga Microbiologia APUNTS y más Apuntes en PDF de Microbiología solo en Docsity!
TEMA 1. ESTRUCTURA I FUNCIÓ DE PROCARIOTES
1.1. Introducció. els microorganismes i les cèl·lules procariotes Arbre que compara les diferencies evolutives. Classifiquem els organismes i per veure la proximitat entre espècies en funció de un gen marcador, la seva seqüència de bases, per comparar el grau de similitud entre organismes, aquest gen és el 16S rRNA (forma part dels ribosomes). Si les seqüències son més semblants, les especies seran més semblants, estaran més a prop a l’arbre.
En eucariotes es fa servir el gen 18S rRNA. Els
procariotes engloben els grups dels bacteris i el delsArchaea. Hi ha 3 dominis:
Archaea PROCARIOTES Bacteria PROCARIOTES Eukarya (conté organismes superiors: plantes i animals) EUCARIOTES
La cèl·lula eucariota és una cèl·lula compartimentada. Com es més gran amb més compartiment i més estructures necessitarà un major gast energètic per mantenir la cèl·lula, i altre inconvenient és el transport. Ja que hi ha tantes membranes internes dels compartiments, l’avantatge que té, és l’especialització de les funcions i això fa optimitzar aquests processos. Els hi limita que no poden fer moltes funciones metabòliques, els procariotes si, ja que renuncien a la complexitat per guanyar en un aspecte més funcional, són més eficients.
Les cèl·lules procariotes o bacterianes no tenen una membrana nuclear aïllada del citoplasma però sí que tenen una zona nuclear diferenciada del citoplasma. No tenir la membrana proporciona una capacitat de resposta més ràpida als canvis ambientals que les cèl·lules eucariotes. Són cèl·lules més senzilles i més petites, no compartiments, té un citoplasma ple de ribosomes, una paret cel·lular i poc més i el nucleoide (on es troba el genoma), també conté genomes en miniatura (plasmidis) no són molècules essencials però donen avantatges. La regió menys densa es el nucleoide i la més densa és el citoplasma, no tenen membrana però si existeix una regió nuclear diferenciada tot i que no hi hagi membrana, que tot estigui al nucleoide vol dir que es faci la transcripció i tot i que tingui una resposta molt ràpida. Poden fer més funcions metabòliques (poc evolucionats estructuralment però molt evolucionats metabòlicament, poden respondre ràpidament a canvis, i adaptar-se a noves condicions, etc. Té flagels te fímbries, paret cel·lular membrana, etc.
Els procariotes poden dur a terme dos substrats alhora, en canvi els eucariotes no poden fer altre tipus de metabolisme
Els procariotes solen ser de mida petita, però hi han alguns que són extremadament gran, es poden veure a simple vista, aquests són bacteris que tenen un creixement molt lent. Hi han excepcions de bacteris amb membrana nuclear.
Quan un bacteri porta “-chlor-“ al seu nom ens indica que són bacteris fotosintètics (contenen bacterioclorofil·la).
Prostecochloris aestuarii
Els que es troben més a la superfície tenen les prolongacions més llargues que els que es troben al fons a causa de les condicions ambientals. els de la superfície tenen les prolongacions més llargues perquè així capten més llum.
La diversitat de formes és molt i molt gran: cocs, espiroquetes, els micobacteris. Les prosteques (espiroquetes), és aquesta forma estrellada. En funció de la llum canvia la morfologia de la cèl·lula, si al intensitat de llum és molt baixa, necessitaré llum per portar a terme la absorció de llum necessitarà més superfície de volum per poder absorbir més llum. La morfologia a nivell taxonòmic té molt poca importància.
Segons la disposició quantitat de cocs, els anomenarem de manera diferent.
Bacteris amb forma de bacils els anomenarem amb el prefix bacil- (bacillus
exemple). Això no vol dir que la morfologia no pugui canviar en la vida del bacteri.
Bacteris filamentosos formen filaments, que poden estar septats i formar part de varies cèl·lules, molt filaments tenen capacitat de lliscar.
Varia la composició d’àcids grassos quan un cultiu d’E. Coli creix a diferents temperatures, s’analitza també el contingut de les seves membranes cel·lulars (els dos primers àcids grassos són els saturats i la resta són insaturats). Quan augmentem la temperatura, els saturats augmenten en proporció, i els insaturats disminueixen. Per això calculen la ratio de insaturats per saturats. Si disminueix la temperatura la membrana estarà més rígida i la cèl·lula ho compensa amb un augment de la fluïdesa augmentant el nombre de insaturats i disminuint el nombre de saturats. I a la inversa quan la temperatura augmenta les partícules tenen més energia cinètica i per tant és més fluida, massa, i la cèl·lula ho compensa fent més àcids grassos saturats per donar-li una mica de rigidesa i que no sigui tant i tant fluida. Aquests canvis de augmentar la quantitat d’un àcid gras o altre afecta també al metabolisme de la cèl·lula.
Lípids de reforç (també regula la fluïdesa) Augmenta la rigidesa de la membrana. En Archaea no es coneix cap lípid
- Esterols: sobretot presents a eucariotes però també en trobem en alguns procariotes.
- Hopanoides: només presents a bacteris. Als Àrqueus no n’hi han.
Els Àrqueus no tenen àcids grassos a les membranes; tenen cadenes d’isoprè. Les membranes dels Àrqueus tenen la particularitat que poden ser monocapes lipídiques (d’isoprè). Bactèria tenen enllaços ester i els Archaea tenen l’èter. El tipus d’enllaç també és diferent. És típic trobar-hi monocapes lipídiques a les seves membranes perquè es troben en ambients extrems (temperatures molt elevades, llocs amb molt pot de reducció…).
A llocs a temperatures molt elevades la membrana seria molt fluida i amb una monocapa li aporten molta més resistència.
Saber que en Àrqueus hi ha més d’un tipus o altre de lípids a la membrana pot servir per fer-ne una classificació taxonòmica, per entendre els seus metabolismes, però també per fer aproximacions per l’estudi de la climatologia d’èpoques passades (paleoclimatologia) mitjançant biomarcadors. La paleotemperatura es calcula per l’índex de TEX 86 i és relaciona amb les temperatures.
Funcions de la membrana plasmàtica
1. Barrera semipermeable, la entrada de molècules és selectiva. Membranes que poden ser transportades seria l’aigua que es de mida petita i a més a més hi han les aquaporines ajuden quan hi ha canvies de pressió osmòtica, hi han altres que per la carrega els hi és molt difícil de saber. a. Difusió passiva Per gradient de concentració, a favor. No transport actiu. b. Difusió facilitada És facilitada per proteïnes transportadores, però no hi ha un consum d’ATP (no transport actiu). A favor de gradient de concentració.
c. Difusió Passiva VS facilitada
d. Transport actiu Requereix consum d’energia. Per poder mantenir el metabolisme, per que les concentracions solen ser molt baixes i necessiten activament per entrar al interior de la cèl·lula ja que les concentracions altes no es donen mai. Molècules molt petites, hi haurà molta afinitat fins a un valor màxim, hi haurà més quantitat de solut i més velocitat d’entrada. Flux en contra de gradient de concentració. Requereix un o varis transportadors (proteïnes de membrana). I requereix energia.
Sistema ABC (ATP-Binding-Cassette) Format per tres tipus de proteïnes. Unió a l’ATP. Proteïna periplasmàtica (periplasma o espai periplasmàtic) entre les dos membranes del bacteri. Espai viscós (nombre elevat de enzims, molt transit de molècules de l’interior a l’exterior). Proteïnes que tenen gran afinitat per les molècules que han de transportar, i quan la proteïna canvia de conformació és quan la molècula pot ser transportada a l’interior.
Quan l’ATP s’uneix és quan adquireix aquesta afinitat per la molècula i per que entri cal el consum d’un ATP. Exemple és el transport de metalls , que són captats per molècules que actuen com agents quelants (es complexen als metalls), s’uneix el ferro a una molècula (sideròfors) i així es captada i entra per aquest tipus de transport. Un cop dintre la cèl·lula el ferro passa de Fe3+^ Fe2+.
2. Transport de molècules que necessita per al seu metabolisme cap a l’interior. 3. Generació de potencial energètic ( Gradient proto-motriu ), també generant ATP. 4. Comunicació entre bacteris Ve determinat per la presencia de molècules que ells alliberen a l’exterior i són captades per ells mateixos.
Quòrum Sensing
Poden detectar la quantitat de cèl·lules que hi han al seu voltant. Els bacteris quan hi ha una densitat molt baixa, el seu comportament individual, però si la densitat és molt alta actuen coordinadament, en grup. Això depèn de molècules que produeix la cèl·lula que són transportades cap a l’exterior de la cèl·lula i altres bacteris les identifiquen o les detecten, molts bacteris moltes molècules, pocs bacteris poques molècules, i així es porta a terme aquesta actuació coordinada. Així que tota aquesta percepció del quòrum depèn de la membrana. Aquest mecanisme es fa servir per situacions de patogenicitat (perquè així no són tan dèbils).
GRAM POSITIUS
La paret del MYCOBACTERIS tenen una sèrie d’àcids grassos especials (mycolics).
La membrana plasmàtica, conté el peptidoglicà que està format per sucres i aquests sucres s’uneixen als àcids micòlics. Donen protecció hidrofòbica de la cèl·lula, els fan resistents a antibiòtics i a tincions habituals, s’ha de tenyir per Ziehl-Neelsen (en calent) (tinció àcid resistent). Té una absorció de nutrients molt limitada.
Exemple:Mycobacterium tuberculosis. Infecta els pulmons i necessita
tractaments específics. Els mycobacteris no tenen endotoxines, tenen la capa S (capa proteica presents en alguns bacteris).
GRAM NEGATIUS
La paret pot ser molt complexa: trobem els lipopolisacàrids (LPS) formats per lípids diferents al de membrana. També veuríem un pilus que es un sistema de secreció, fabrica moltes cèl·lules i injecta toxines en citoplasmes que infecta.
Membrana externa
Purines: difusió facilitada deixen entrar molècules hidrofíliques de baix pes molecular. Format per un lípid A, un nucli i una cadena específica de subunitats que és van repetint. La cadena és la que està implicada amb la resposta immunitària i mecanismes de toxicitat.
Si laSalmonella no té uns factors de virulència no provocarà la
malaltia.
Injectosoma
Injecta toxines al citoplasma de les cèl·lules que infecta. Presents en
Salmonella,Shigella,Yersinia,Escherichia. No totes les salmonel·les
causen salmonel·losis, per un bacteri ser patogen ha de tenir el factor de virulència. (no totes les salmonel·les tenen factors de virulència).
Codificats en illes de patogenicitat: tots els gens implicats en la virulencia estan junts i es transfereixen junts de una espècie a l’altra.
Els injectosomes són estructures proteiques formades per anells i encol·locades en estructura regular ffins formar un conjunt anomenat needle.
Exemple;Illa de patogenicitat SP-
Conté els gens que codifiquen per tots els components del sistema de secreció tipus III que injecten toxines al citoplasma de les cèl.lules de l’epiteli intestinal.
El fet de trobar característiques en uns bacteris i a l’altra no és causat per la transmissió d’aquest factors de virulència. Els injectosomes presents en molts microorganismes molt diferents.
Paret bacteriana en Àrqueus
Bacteris vs. Àrqueus
La paret dels bacteris els aminoàcids hi ha dextrogirs i levogirs i en els Àrqueus tots són levogirs. L’enllaç es diferent: Àrqueus beta(1,4) no sensible a lisozims els dels bacteris són sensibles a enzims. La paret de Àrqueus no estan formats per mureïna, una pseudomureina perquè hi ha un canvi en el sucre present a la paret (N- acetilmuranic)
Les parets són molts semblats i probablement tenen un origen comú.
Àrqueus metanògens: productors de metà, tenen una capa S, paracristal·lina, que serveix de reforç estructural.
Hi ha molta diversitat de parets cel·lulars en els Àrqueus que ve explicada per la condició ambiental en la que viuen.
BACTERIS ÀRQUEUS
1.3. Estructures externes no essencials: càpsules, fímbries i flagels
Càpsula (glicocàlix): capa uniforme, compacta i impermeable als nutrients (determinades molècules de mida gran. Al microscopi sense tinció no veurem càpsula, el que fan és tenyir el medi i no la càpsula. (b) Es fa amb tinció negativa (tinta xina) primera foto a l’esquerra. Capa mucosa : capa laxa, menys estructurada i permeable a nutrients. (a) i (c) Funcions Retenció d’aigua: amorteix els canvis de presència d’aigua en el medi. AMBDOS. Evita la fagocitosi en alguns patògens. només CÀPSULA. Adhesió a teixits (cèl·lula de l’organisme) i superfícies inertes (colonització d’ambients). AMBDOS.
Streptoccoccus pneumoniae
Bacteri que és troba present en dues estructures colonials diferents: R (rugosa): sense presència de càpsula i no són patògenes perquè són sensibles a les defenses del cos. S (slime): té càpsula i són molt més virulentes pel fet de tenir càpsula. Presenta càpsules perquè les pot sintetitzar al tenir gens que codifiquen per la síntesi de proteïnes, etc. per a la formació de càpsula. Pot haver mutacions on aquest gen no és formi i acabin sense la càpsula. Els que no sintetitzen càpsula poden adquirir la capacitat de formar-ne si incorporen RNA cel·lular de una soca que si presenta càpsula.
La càpsula/ capa mucosa en bacteris patògens tenen molta importància perquè es important per a l’adhesió a superfícies i poder començar un procés infecciós. Permet el creixement en superfícies. Tenim una superfície amb un substrat inorgànic i hi ha compostos orgànics que faciliten l’adhesió dels microorganismes, els bacteris és comencen a dividir i formen el biofilm.
Estructures que permeten als bacteris adherir-se a superfícies
- Fímbries o pilis: mida més curta que els flagels i n’hi ha gran quantitat que envolten tota la cèl·lula. És forma per assemblatge de subunitats proteiques. Algunes porten en els extrems proteïnes adhesines , que són proteïnes que serveixen per unir- se a receptors cel·lulars (glicoproteïnes o glicolípids).
Pilis no específics
Pilis específics Hi ha altres molècules implicades en l’adhesió a superfícies: o MSCRAMM: components de la superfície microbianes que reconeixen específicament molècules de l’exterior. Estableixen interaccions covalents amb molècules que arriben a la cèl·lula o Àcids teïcoics i lipoteïcoics de paret actuen de forma no covalent. (Gram + ).
Moviment segons el tipus de flagel·lació:
bacillus = gram + i licheniformis = formació de colònies amb un aspecte semblants als líquens. La longitud dels lofòtriques són més llargs però perquè són de mida més gran. Comparant la distància corporal que recorren per temps (s),
Pseudomonas aeruginosa recorre 37 vegades la seva distància
corporal per segon, els microorganismes són molt ràpids comparat amb organismes com el guepard o el cotxe.
Espiroquetes Tenen un flagel intern, l’endoflagelum que recorre tota la longitud del microorganisme i que està en contacte amb el cilindre protoplasmàtic. L’endoflagel rota i provoca la rotació del cilindre i que roti tota la cèl·lula. Quimiotaxi Moviment en resposta a estímuls químics. (taxi= moviments dirigits en resposta a estímuls). Per veure quins microorganismes tenen moviments i es veuen estimulats davant fonts de carboni, etc. és posa un tub amb diferents condicions dins un medi amb microorganismes. o Si la concentració de microorganismes dins el tub i fora no hi haurà quimiotaxi. o Si és positiva trobaríem més cèl·lules dins el tub que en el medi. o Si és negativa, trobarem menys cèl·lules ja que és repel·lent.
Fototaxi
Estímul lumínics de tipus qualitatius (responen a una determinada longitud de ona) o quantitativa (colònia migra cap a la llum, depèn de la intensitat de la llum (sense llum no és mouen)). Alguns d’aquests microorganismes les trobarem en forma de tapets formant capes i és van col·locant depenent de la longitud de ona que arriba.
Moviment lliscant: no depèn dels flagels. Solen ser bacteris filamentosos. Per acumulació de substancies mucoses a les superfícies solides que permeten als bacteris lliscar.
Beines : envoltes rígides formades per fibres de carbohidrats situades a la part externa de la paret cel·lular. Mecanisme de motilitat en cianobacteris filamentosos.
Les beines també les podem trobar en altres microorganismes: bacteris filamentosos. I no sempre està relacionada amb el moviment sinó també com a coberta protectora.
- Inorgàniques
- Glòbuls de sofre Presents en quimiolitotròfics. Acumula sofre elemental per poder-lo oxidar a sulfat quan hi hagi poca disponibilitat de sulfhídric. Els glòbuls es troben a l’espai periplasmàtic (estrelles negres). La fletxa blanca i la negra indiquen la membrana cel·lular interna i externa, respectivament. H 2 S Sº SO 4 2-
- Magnetosomes Són cristalls de minerals de ferro (magnetita) que s’orienten al llarg de la cèl·lula. Cristalls recoberts de membrana lipídica. Els magnetosomes orienten la cèl·lula en front al camp magnètic amb la finalitat de saber on està a dalt i on a baix. Això els serveix perquè és poden reorientar amb la columna d’aigua i posar-se en condicions optimes de oxigen per ells ja que té afinitat per petites quantitats de oxigen. Cristalls de magnetita, representa la mida d’aquestes esferes, que poden continuar creixent dins d’aquestes esferes. Els magnetosomes estan alineats. Les proteïnes estan codificades per un operó. Els magnetosomes s’alineen al llarg de la cèl·lula adherits a filaments proteics (proteïna MamK, color porpra). Els magnetosomes s’uneixen al filament gràcies a les proteïnes MamJ (verdes).Els magnetosomes es formen per invaginació de la membrana plasmàtica. Les proteïnes que codifiquen per la formació dels cristalls estan juntes al DNA. Els cristalls poden seguir creixent dins les vesícules.
- Orgàniques Grànuls de PHB Ocupen gran part de la cèl·lula, polímer apolar, insoluble i tenim una monocapa lipídica, grups glicerol fosfat cap a fora i lo altre dins. S’utilitzen per fer contenidors plàstics. Son mes fàcilment biodegradables. A traves de cultius es fan extraccions de PHB. Tenen molta resistència. Clorosomes Una activitat metabòlica en bacteris fotosintètic. Versió molt simplificada dels cloroplasts en les algues. Sacs adherits a la membrana. Com tenen pigments es fa per ultracentrifugació es pot veure on es localitzen. Formats per una monocapa lipídica, tenim bacterioclorofil·les. Esta en contacte del centre de reacció fotosintètica.
CITOESQUELET BACTERIÀ
Síntesi de peptidoglicà i altres proteïnes d’interès. La proteïna MRD, forma túbuls i es on es dona la síntesis de peptidoglicà, complex proteic. Aquests enzims estan connectats amb la proteïna MRD, això explica la morfologia dels bacils. En els cocs la proteïna MRD no hi es present, nomes hi ha una proteïna que determina un pla de divisió. Si causem una mutació (en el FtsZ) en la proteïna no fara el mateix mecanisme, ja que es dividiran de manera no uniforme i es lisaran. E. Coli (-), MreB (cèl·lules allargades) i Fts donen la forma allargada. La crescentina que forma part del vibri fona la forma així arronyonada. En el cas dels bacils hi ha la participació d’aquesta proteïna però no hi ha l’activitat de la MRD, que fa que el creixement sigui
uniforme. En el cas poc comú es dona aCorynebacterium (causa
la diftèria). Síntesis de paret als extrems i per tant la paret es fabrica pels dos pols, després te lloc la síntesis de paret al mig i s’inicia la divisió cel·lular. El cas mes freqüent inclou les tres fases, ja que hi ha diferents punts on s’inicia la síntesis (groc) i els punts on ja esta formada la paret (marró).
