Curso microbiología

CURSO DE
MICROBIOLOGÍA

UNIVERSIDAD TÉCNICA
DEL NORTE UTN

DESARROLLO HISTÓRICO
 El hombre utiliza a los microorganismos
desde los inicios de la civilización, en
actividades cotidianas como:
1. Preparación del pan
2. Preparación del vino y vinagre
3. Preparación de cerveza.
4. Obtención de etanol.
No conoce sobre la existencia de
microorganismos

 Construcción de lentes en la antigua
Babilonia.
 Varrón Reatino, afirma que en los lugares
pantanosos, se originan pequeños animalitos
que no se ven a simple vista, se difunden por
el aire y se infiltran en el organismo humano
a través de la boca y fosas nasales
provocando graves enfermedades.

 Siglo XI (Persia), existía la práctica de
frotarse la piel con polvos de costras
variólicas.
 Girolano Francostoro (siglo XVI), explica la
aparición de enfermedades como resultado
de la acción de diminutos embriones
invisibles de orígen animal.
 Eusebio Valli de Lucca, se inoculó pus de
bubón de peste y de la pústula de la viruela

 (Antony van Leeuwenhoek, 1632—
1723), descubrió bajo la lente de su
microscopio rudimentario, seres
diminutos. Solo en 1776 pudo observar
por primera ves a las bacterias.
 1635—1703 Robert Hooke, descubre
las primeras células en cortes de
corcho.

 Carlos Linneo (XVIII), no se atrevió a
clasificar a los microorganismos en su
sistema del mundo vegetal y los apartó en un
grupo llamado “caos”.
 Lázaro Spalanzani y Martín Terejovski,
confirmaron el hecho de que los
microorganismos no se desarrollan en
medios estériles, sino, en medio propicios.

 En el Cáucaso a las niñas se les pinchaba
con agujas humedecidas en líquido de
úlceras variólicas.
 En el siglo XIX, se realizan una serie de
experimentros con los microorganismos.
 Pasteur, ayuda a solucionar el problema de
los vinicultores. Desarrolla el método de
pasteurización.

Aportes de Pasteur
 Inicio real de la Microbiología.
 1857, Describe el proceso de la
fermentación.
 1860, Desecha la teoría de la Generación
espontánea.
 1865, Resuelbe el problema de la acilación
del vino y cerveza.
 1868, Estudio de las enfermedades del
gusano de seda. Fin de las Epizootias

 1881, Desarrollo de las vacunas preventivas,
contra el ántrax, rabia, el cólera y viruela.
 Estableció las bases de la Inmunología.
 (J. В. Demazier, 1783—1862), Describe la
estructura de levaduras que proliferan sonre
la cerveza.

 R. Koch, 1843—1910, descubre el agente
causante de la tuberculosis y de el cólera.
 1845—1916 , Mechnikov, establece las
bases de la Microbiología médica.Teoría
fagocitaria de la inmunidad
 1856—1953 Vinogradski, introdujo el
principio microecológico en la investigación
de microorganismos. Aisló Clostridium
pasteurianum bacteria fijadora de N2

 М. Beijerinck, 1851—1931, aisló
Azotobacter chroococcum .Estudió el
proceso de la denitrificación, reducción
de sulfatos
 1892 . Ivanovskiy, descubre los virus
(VMT)

Microbiología del siglo XX
 А.
Kluyver 1888—1956 , С. van Niel,
1897–1985 desarrollo de la Teoría de la
unidad bioquímica de la vida.

Ubicación de los microroganismos en
el sistema del mundo vivo
 Е. Haeckel, 1834—1919, propone
ubicar a los microroganismos en un
nuevo reino llamado Protista.
 R. Stanier, 1916—1982 y С. van Niel,
establecieron las diferrencias entre
células eucariotas y procariotas.

Los microorganismos como
células
PROCARIOTAS

Diferencias entre procariotas y
ecuariotas
Caracte
Célula procariota Célula eucariota
rística

Organiz Nucleoideo (ADN no Núcleo (ADN seprado del
ación separado del citoplasma por citoplasma por una membrana),
del una membrana), compuesto que continen más de un
material de un solo cromosoma. La cromosoma, división del núcleo
genético mistosis está asudente mediante mitosis.

Localiza En nucleoides, plásmidos, no En el núcleo y en algunos
ción del seprados por una membrana organelos
ADN elemental

Diferencias entre procariotas y
ecuariotas
Característica Procariota Eucariota

Organelos Ausentes Poseen
citoplasmáticos

Ribosomas en Tipo 70S Tipo 80S
el citoplasma

Movimiento Ausente Se observa con
citoplasmático frecuencia

Diferencias entre procariotas y ecuariotas
Característica Procariota Eucariota
Pared celular En la mayoría No hay
poseen peptidoglicanos.
peptidoglicanos

Flagelos Formado por Tipo 80SCada
unidades una dispone de
proteicas microtúbulos
dispuestas en dispuestos en 9-
espiral 9-2 grupos.

Sistemática
 R. Whittaker , propuso un sistema
donde todos los seres vivos que
poseen estructura celular están
distribuidos en cinco reinos.
 Los procariotas organizados en dos
reinos, Monera y Protista.
 Los eucariotas en tres: Plantae, Fungi y
Animalia.

RASGOS DE LOS PROCARIOTAS

 Sus membrana plasmáticas carecen de
esteroles, salvo los micoplasmas (pero en
este caso los esteroles proceden del
hospedador eucariótico al que parasitan),
algunas especies de cianobacterias y de
bacterias melitotrofas.
 La movilidad no es universal, pero muchas
bacterias se mueven en medios acuáticos
debido a unas estructuras llamadas flagelos,
que nada tienen que ver con los flagelos
eucarióticos.

RASGOS DE LOS PROCARIOTAS

 Las eubacterias (dominio Bacteria)
poseen, salvo los micoplasmas, una
pared celular a base de una
peptidoglucano (una macromolécula
que no existe en eucariotas).
 Muchas arqueas (dominio Archaea)
poseen pared celular, diferente a las
del dominio Bacteria.

Tamaño
Eucariotas Tamaño lineal en
unicelulares μm
Diatomeas 100
Protistas
superiores
Algas verdes 2-10
Chlorella
Levaduras 6-10
Saccharomyces

Tamaño
Organismos Tamaño lineal en
procariotas μm

Achromatium 5-33х15-100
oxaliferum
Beggiatoa alba 2-10х1-50
Cristispira pectinis 1,5х36-72
Macromonas mobilis 6-14х10-30

Thiovulum majus 5-25
Spirochaeta plicatilis 0,2-0,7х80-250

Tamaño
Organismos Tamaño lineal en
procariotas μm

Bacillus subtilis 0,7-0,8x2-3
Escherichia coli 0,3-1х1-6
Staphylococcus 0,5-1,0
aureus
Thiobacillus 0,5х1-3
thioparus
Rickettsia prowazeki 0,3-0,6x0,8-2
Mycoplasma 0,1х0,25
mycoides

Tamaño
Virus Tamaño lineal en
μm

Mosaico del tabaco 0,02x0,3
Antrax bobino 0,26
Gripe 0,1
Fago T2 0,06x0,2
OX174 0,025
Satélite viral 0,018

Tamaño

 Losmás pequeños de los organismos
procariotas estudiados son los
micoplasmas 0,1–0,15 μm, que
contienen cerca de 1200 moléculas de
proteínas que realizan más de 100
reacciones fermentativas que
garantizan la capacidad vital del
microorganismo.

Tamaño

 El tamaño de la mayoría de los virus se
encuentra entre 16-200 nm, son visibles solo
con el microscopio electrónico.
 El tamaño de los organismos está
estrechamente ligado con su estructura, el
límite inferior está ligado al espacio necesario
para el empaquetamiento del sistema que
garantiza la existencia independiente del
organisnos.

Tamaño

 El límite superior está determinado por la
relación entre la superficie corporal y el
volúmen. Al incrementarse el tamaño celular
la superficie incrementa al cuadrado,
mientras que el volumen al cubo.
 En los microorganismos la relación superficie
volúmen es grande, razón por la que su
metabolismo en relación a la unidad de
masa, es considerablemente mayor al de los
macroorganismos.

COMPOSICIÓN QUÍMICA
tipo de componente Porcentaje sobre
peso seco
proteína 55.0

ARN 20.5

ADN 3.1

Lípidos 9.1

Lipopolisacárido 3.4

Peptidoglucano 2.5

Glucógeno 2.5

total macromoléculas: 96.1

Pequeñas moléculas 2.9
orgánicas:

Iones inorgánicos: 1.0

Particularidades
 Las macromoléculas constituyen la porción
mayoritaria de la masa celular (96%);
 Las proteínas representan más de la mitad de esta
cantidad;
 Las bacterias poseen una proporción de ARN
superior a la de los eucariotas;
 La mayor parte de los compuestos son semejantes a
los de eucariotas, pero encontramos dos que son
exclusivas de los procariotas: lipopolisacárido
(exclusivo de Gram-negativas); peptidoglucano
(presente en eubacterias Gram-positivas y Gram-
negativas.

MICROORGANISMOS Y
ORIGEN DE LA VIDA

CAP. II
NOMENCLATURA Y
CALSIFICACIÓN

Estructura de la célula Procariota

 Variedades morfológicas: Basado
en, forma y tamaño celular, división
celular, inclusiones citoplasmáticas,
estructura de la pared celular. Tipo
de formas diferenciadas que
aparecen en el ciclo vital

VARIEDADES MORFOLÓGICAS
Morfología bacteriana

Esféricas Bastonadas Curvas Filiformes

Micrococos Bacterias Vibriones Sulfobacterias

Diplococos Bacilos Espirilos Ferrobacterias

Sarcinas Clostridioss Espiroquetas Rikettsias

Estreptococos

Tetracocoss

Estafilococos

VARIEDADES
 Variedades fisiológicas: Modos de
obtener energía, fuentes de nutrientes,
relación frente al oxígeno molecular y
factores del medio ambiente como: luz,
pH, temperatura, humedad. También
los mecanismos genéticos de su
evolución

Micrococos
 Son bacterias saprofitas aeróbicas, gram
positivas, que habitan en el agua, el aire y
el suelo. Soportan elevadas
concentraciones salinas y son
pigmentadas. Son células aisladas
pertenecientes a:
1. Micrococus luteus.
2. M. roseus.
3. M. varians

Sarcinas
 Sus células se dividen en tres planos
perpendiculares, formando paquetes de
8 células. Son anaerobios estrictos, con
alta resistencia a la acidez.
 Están presentes en el barro, heces y
contenidos estomacales

Estreptococos
 Contiene especies homofermentativas,
con hábitats muy diversos.
 Algunas especies son patógenas
(caries). Otras son de utilidad en la
industria de los lácteos.
 Son bacterias gram positivas

Formas de organismos
procariotas
 Las formas bacterianas pueden ser:
Esféricas, cilindricas o espirales. Existen
formas individuales, filamentosas o colonias.
 Las formas esféricas se llaman cocos,
despues de la división pueden permanecer
unidos, si la división ocurre en un solo plano
forman Diplococos, Estreptococos; si lo
hacen en varios planos forman Sarcinas

Formas de organismos
procariotas
 Bacterias de forma cilindrica, se llaman
bacilos, si forman cadenas, se denominan
estreptobacilos ( 1-5).
 Bacterias espirales se llaman espirilos (varias
vueltas de espiral) y Vibriones si tienen forma
de bacilos curvos ( 6-8).
 Procariotas de forma anular, cerrada o
abierta en dependencia de la estapa de
desarrollo (9).

Formas de organismos procariotas

Bacterias
 No forman esporas, este es el caso
de:
1. La Tifoidea,
2. Paratifoidea.
3. Disentría.
4. Tuberculosis.
Pueden ser: diplobacterias y
estreptobacterias.

Bacilos
 Son microorganismos que poseen un
amplio metabolismo que forman
esporas, tales como:
1. Bacilos del Heno.
2. Carbunco.
3. Tétanos.
4. B. thuringiensis
Pueden ser diplobacilos y estreptobacilos

Clostridios
 Bacterias Gram negativas,
esporuladas, con bajo contenido de
CG. Carecen de sistema citocrómicos.
La energía la obtienen de la
fosforilación del sustrato.
 Son anaerobios de suelos. Ejemplo el
Clostridium botulinum

Rickettsias
 Organismos que por su tamaño se
hallan entre los virus y bacterias. Son
parásitos obligados, poco peligrosos.
 Existen 50 especies, que habitan en el
tubo digestivo, glándulas salivales, de
piojos chinches y garrapatas.
 Son causantes del tifus y de la fiebre
manchada.

Medio de cultivo
 Sistema dinámico donde la materia
viva interactúa con un componente
abiótico que presenta alta
actividad biológica (nutrientes: C-
N-P, en forma de proteínas,
hidratos de carbono, lípidos y un
componente mineral integrado por
Na, K, y microelementos), bajo
condiciones controladas, que
garantizan un equilibrio en la
interacción.

MEDIOS DE CULTIVO
 Los nutrientes que requieren los
microorganismos son: agua, carbohidratos,
nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, cobre,
etc.
 También es necesario brindarle las
condiciones ambientales adecuadas de
luz, temperatura, oxigenación, humedad,
etc. Las bacterias crecen a 37ºC y un pH
de 6.5-7.5 y los hongos a 27°C y un pH de
4.5-6.
 Para cultivar a los microorganismos es
necesario el uso de medios de cultivo.

Clasificación
 1.Por su consistencia:
a. Líquidos: también se llaman caldos de
cultivo, no contienen agar y se
preparan en matraces pequeños.
b. Semisólidos: contienen 0.5% de agar
y se preparan en matraces pequeños.
c. Sólidos: contienen de 1.5 a 2% de
agar y se preparan en cajas petri
(placa)o en tubos de ensayo.

Medios de cultivo
 Recipientes con medios de cultivo

Clasificación
2.Porsucomposición:
a. Definido: se conoce su composición
exacta, se utiliza cuando ya se conocen
los microorganismos que se van a cultivar.
b. Complejo: no se conoce su composición,
pueden tener sangre, leche, extracto de
levadura o carne; se utiliza cuando no se
conocen a los microorganismos o no se
conocen sus requerimientos nutricionales.
c. Mínimo: es un medio definido que
proporciona solo los nutrientes necesarios.

Clasificación
3.Por su función:
a. Selectivos: promueve o inhibe el
crecimiento de los microorganismos.
b. Diferenciales: permiten distinguir
entre diferentes tipos de
microorganismos.
c. De enriquecimiento: contiene
factores de crecimiento, un nutriente
esencial que el microorganismo no
puede sintetizar.

Tipos de medios de cultivo
 Los medios de cultivo pueden ser: Generales y
selectivos.
 Los medios de cultivo generales, se emplean
para garantizar el crecimiento masivo de la gran
mayoría de microorganismos presentes en una
muestra, indistintamente de su morfología y
fisiología. Estos cultivos se emplean para conocer
la diversidad microbiana existente en una muestra
objeto de estudio.
 Medios de cultivo selectivos, son medios
especializados cuya composición garantiza el
crecimiento de una sola especie de
microorganismos, por disponibilidad o ausencia de
un cierto componente específico que determina su
capacidad metabólica característica.

Características
 Alta asimilación de sus componentes (nutrientes
semi digeridos, procesados).
 Relación de macro y micronutrientes balanceada.
 Propiedades físico- químicas ideales para
garantizar el crecimiento microbiano.
(conductividad eléctrica, pH, salinidad,
temperatura, consistencia, humedad)
 Disponibilidad de estimulantes de crecimiento.
 Pureza y asepsia.
 Elevado costo
 Limitada disponibilidad.

Preparación de medios
 La base para su elaboración es un
medio deshidratado, un medio que está
en polvo al cual hay que disolver en
agua y esterilizar.

Preparación
1. Pesar los medios de cultivo Bacterias: 23
g de agar nutritivo para un litro de agua
destilada Hongos: agar, dextrosa y papa y
extracto de levadura para un litro de agua
destilada.
2. Colocar el medio de cultivo en polvo en
un matraz erlenmeyer y agregar agua
destilada.
3. Calentar en la parrilla de agitación hasta
que el medio este totalmente cristalino.

Preparación
4. Retirar de la parrilla y colocar un tapón
hecho con algodón en vuelto en gasas. El
tapón debe quedar fijo pero no apretado.
5. Colocar el medio en la autoclave y
esterilizar a 121°C durante 20 minutos.

Preparación
6. Pasados los 20 minutos sacar el
medio de cultivo y dejar enfriar solo un
poco. OJO: en el caso del medio de
cultivo para hongos dejar enfriar hasta
los 45°C y agregar el antibiótico, es
decir la gentamicina (ampolleta). De la
gentamicina necesitamos 1ml para un
litro de medio.

Preparación
 A manera de ejemplo citamos el medio de
cultivo para bacterias reductoras de Fe y Mn:
 (NH4)2SO4----------1,5g
 K2HPO4--------------0,05g
 KCl---------------------0,05g
 MgSO4.7H2O-------0,05g
 Ca(NO3)2.4H2O--- 0,01g
 H20 destilada------- 1000ml.
 Después de la esterilización el medio se deja
enfriar 2-3 días, para la saturación con CO2 y
oxígeno.

Preparación
7. Vaciar el medio de cultivo en cajas
petri dentro de un campo estéril. En
cada caja vaciar aproximadamente
30ml.

Esterilización
 Otra de las técnicas empleadas en
microbiología es la esterilización.
Esterilizar es eliminar todos los
microorganismos presentes en nuestro
material. Todos los aparatos, superficies y
materiales utilizados para cultivar deben
ser esterilizados.
 Para la esterilización se pueden emplear
los siguientes métodos y/o agentes:
1.Métodosfísicos:
a. Calor húmedo: autoclave

Esterilización
 Equipos empleados

Esterilización
 Para la esterilización se pueden
emplear los siguientes métodos y /o
agentes:
1. Métodos físicos:
b. Calor seco: estufa y flameado a la
llama

Esterilización
 Para la esterilización se pueden emplear
los siguientes métodos y /o agentes:
1. Métodos físicos:
c. Rayos ultravioleta
d. Filtración

Esterilización
 2. Métodos químicos:
a. Hipoclorito de sodio, cloro comercial
al 10%
b. Alcohol etílico al 70%
c. Cloruro de benzalconio

Siembra mediante
diluciones
 Para la siembra mediante diluciones, se
toman 100g del sustrato contaminado y se
disuelven en 1000 ml de agua destilada. Se
agita profusamente y de la solución materna,
se toma con ayuda de una pipeta estéril un
ml, que se transfiere a un tubo de ensayo
que contiene 9 ml de agua tridestilada.

 Luego de mezclar por inversiones sucesivas
el tubo de ensayo tapado, se toma de él 1ml
y se transfiere al siguiente tubo que
contiene 9ml, La operación se repite hasta
el sexto tubo.

Siembra
 Se pesan 100g del sustrato contaminado
y se disuelven en 1000 ml de agua
destilada. Se agita profusamente y deja
reposar por uno 20 minutos.
 A continuación se soma una micro gota
de la solución con ayuda de una aza de
siembra. Para facilitar la toma,
inicialmente se flamea el aza en el
mechero bunsen y se pone en contacto
con el medio de cultivo sólido de la caja
petri elegida para la siembra. Esta
operación hace factible la adhesión de
una gota al aza microbiológica.

Siembra mediante diluciones
 Los tubos deben rotularse con 10-1. 10-2,
10-3, 10-4, 10-5 y 10-6. Parra la siembra se
debe considerar solamente las tres
últimas diluciones

 Independientemente del valor obtenido
del conteo de UFCs, todos los resultados
deben expresarse en valores de 10-6, para
facilitar los cálculos de cinética y porque
solo valores con dicho exponente
garantizan una tasa de degradación
efectiva.

Forma de crecimiento

En medio sólido b) en medio líquido.
1.- Aeróbicos, 2.- Microaerófilas, 3.-
Anaerobios facultativos, 4.- Anaerobios

Dinámica de crecimiento en
gelatina

 1.- En forma de cráter, 2.- En forma de tubérculo,
3.- En forma de embudo, 4.- En capas, 5.- En
forma de burbujas.
 1,3 y 5 la lisis generada por aeróbicos, 4 generado
por anaerobios facultativos y 6 por anaerobios.

Incubación
 La incubación de las siembras, para la gran
mayoría de microorganismos empleados en
biorremediación transcurre bajo 37°C, pudiendo
en dependencia del tipo de microorganismo a
aislar, variar en un amplio rango que va de -8 a
+57°C. Las bacterias sicrotolerantes se incuban a
temperaturas inferiores a 0°C, mientras que los
microorganismos termófilos bajo temperaturas
superiores a los 45°C.
 Para fines prácticos el tiempo de incubación es
de 24 horas (para la gran mayoría de sepas).
Cuando se está definiendo la cinética del
proceso, el primer conteo se efectúa a las 4 horas
de incubación.

Identificación
 La identificación microbiana es quizá la
etapa de mayor responsabilidad de una
investigación, razón por la que se
requiere de la participación de un
microbiólogo experimentado, que
conozca la fisiología microbiana, las
técnicas de identificación y las
particularidades de cultivos específicos.
 La identificación completa de cepas
microbianas se logra mediante análisis
físicos, químicos y genéticos.

Identificación morfológica
 La identificación morfológica se puede
efectuar a simple vista o con ayuda de un
microscopio. A simple vista o con ayuda de
una lupa se pueden observar detalles de la
morfología de las colonias, que sirven para
su identificación. Entre los aspectos que se
pueden explorar físicamente están:
 Forma de la colonia.
 Color de la colonia.
 Olor
 Apariencia de la superficie
 Perfil de la colonia

Perfil de colonias

1.- angulada, 2.- en forma de cráter,
3.- Ondulada, 4.-Sumergida, 5.-
Plana, 6.- Convexa, 7.- En forma de
gota, 8.- Cónica

Perfil de colonias

1.- Lisa, 2.- Ondulada, 3.- Dentada, 4.- De
empalizada, 5.- Irregular, 6.- De pestañas,
7.- Filamentosa, 8.- Pilosa, 9.- Ramificada

Formas de colonias
a) Redondas,
b)redondas con extremos
ondulados,
c)Redonda con anillo interior,
d) Rizoides,
e,f) con extremo rizoide,
g) amiboidea,
h) filamentosa,
i) Arrugada (Plisada),
j) irregular,
k) concéntrica,
l) compleja.

Formas de los bordes

1.- Regular (uniforme), 2.- Levemente
granulada, 3.- Fuertemente
granulada, 4.- Rugosa, 5.- fibrosa.

Identificación
microscópica
 Para la identificación de la morfología
de las bacterias aisladas, es
necesario preparar fijados con ayuda
de sustancias colorantes que resaltan
las estructuras celulares, permitiendo
ver su forma, tamaño y propiedades
estructurales.
 Entre las pruebas típicas está la
tinción Gram, la misma que permite
diferenciar morfológicamente a los
microorganismos en

Formas microscópicas

1.- Diplococos, 2.- Estreptococos, 3.- Tetracocos
y sarcinas, 4.- Estafilococos y micrococos.

1.- Pseudomona aeruginosa, 2.- Bacillus mycoides, 3.-
Bacillus megaterium, 4.- Cytophaga sp.

Formas microscópicas

Células curvas: 1.- Vibriones, 2.- Espirilos, 3.-
Espiroquetas .

Bacterias que forman prolongaciones.
1.- Caulobacter, 2.- Hyphomicrobium, 3.- Ancalomicrobium, 4.-
Gallionella.

Hongos
Conidióforos y conidios
de hongos
imperfectos.
1.- Trichoderma,
2.-Cladosporium,
3.- Altenaria,
4.- Fusarium,
5.- Stachybotris,
6.- Stemphylium,
7.- Verticillium,
8.- Oospora,
9.- Cephalosporium,
10.- Botrytis,
11.- Phoma,
12.- Mycogone, a)
Conidios.

Hongos

a)Aspergillus, b) Penicillium: 1.- Micela
vegetativa, 2.- Conidióforo, 3.-
Sterigmas, 4.- Conidios.

BIOQUÍMICA
 La identificación bioquímica, permite comprobar la
disponibilidad o no de un sistema fermentativo
específico en la sepa analizada, que le permite al
microorganismos emplear ciertas sustancias en
calidad de fuente de carbono o nutrientes.
 Entre las pruebas bioquímicas más empleadas
podemos citar:
 Prueba de la gelatina (capacidad de romper
enlaces peptídicos).
 Prueba de nitratos (capacidad de metabolizar
nitratos).
 Prueba de oxidasas (oxigenasas, peroxidasas)
 Generación de pigmentos.

GENÉTICA
 La identificación genética de las
sepas, es una prueba concluyente
que permite establecer con absoluta
certeza, el género, familia, especie y
subespecie. La secuenciación de
ADN microbiano, permite identificar
especies nuevas, de gran utilidad en
biotecnología ambiental, sobre las
cuales se ejerce derechos de
propiedad intelectual.

GENÉTICA
 La identificación de bacterias por
métodos moleculares se realiza por
establecer la secuencia de
nucleótidos de algún gen marcador
de una especie que está dentro de
una muestra ambiental con varios
genomas. A la fecha el gen más
utilizado es el que codifica para el
ARN de la subunidad pequeña del
ribosoma es decir el gel ARN
ribosomal 16S.

GENÉTICA
 Este gen tiene muchas ventajas a comparación
de otros como son:
1. Se encuentra presente en cualquier eubacteria,
2. Tiene diferentes regiones que son comunes para
un phylum o inclusive para todo el reino
eubacteria y otras que son exclusivas de cada
género y especie.
Por lo tanto al amplificar el o los genes ARN
ribosomales 16S de una muestra ambiental por
medio de la reacción de polimerización en cadena
(PCR) y la posterior secuenciación de cada
producto se obtiene la composición de especies
de una muestra ambiental.

Estructura general
 cápsula o capa mucilaginosa
 capa S paracristalina
 vaina
 botones de anclaje
 pared celular
 Protoplasto

Protoplasto
 membrana citoplásmica (que puede tener o no
invaginaciones)
 citoplasma, que incluye:
 genóforo, constituido por
 un cromosoma
 en algunas especies, uno o varios plásmidos
(elementos genéticos extracromosómicos)
 ribosomas
 inclusiones
 orgánulos
 Flagelos
 Fimbrias (= pelos)

UBICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS
EN EL MUNDO VIVO

 Existen dos tipos de organización celular, la
procariótica y la eucariótica.
 Dentro de los seres vivos con organización
procariótica, existen dos grandes “dominios” o
“imperios”: Bacteria (las eubacterias o bacterias
“clásicas”) y Archaea (antes llamadas
arqueobacterias)
 A su vez, el dominio eucariótico comprende
numerosas líneas filogenéticas, muchas de ellas de
microorganismos. Los mismos Protozoos es un
grupo muy heterogéneo, que comprende líneas
filogenéticas diversas y a veces muy separadas en el
tiempo evolutivo.

Citoplasma
 Es un sistema disperso formado por:
1. Coloides
2. Agua
3. Proteínas
4. Hidratos de carbono
5. Lípidos

CITOPLASMA BACTERIANO
 El citoplasma bacteriano es la masa de
materia viva delimitada por la membrana
citoplásmica. En su interior se albergan:
 cuerpos nucleares (nucleoide);
 plásmidos (no en todas las cepas
bacterianas);
 ribosomas;
 inclusiones (no en todas);
 orgánulos (no en todas).

CITOPLASMA BACTERIANO
 Al igual que en los demás seres vivos, el
citoplasma es un sistema coloidal cuya fase
dispersante es agua junto con diversas
sustancias en solución (citosol), y cuya fase
dispersa está constituida por macromoléculas
y conjuntos supramoleculares (partículas
submicroscópicas). La viscosidad es mayor
que la del citoplasma eucariótico, estando
desprovisto de corrientes citoplásmicas.

EL NUCLEOIDE
 El ADN es el material genético de los
procariotas, al igual que del resto de seres
vivos (celulares). Está contenido en una
región concreta del citoplasma, denominada
nucleoide, no delimitado por membrana. El
genoma es el conjunto de genes y
secuencias de ADN de un organismo. En el
caso de bacterias, el elemento obligatorio del
genoma es el cromosoma, aunque es
frecuente encontrar unidades de replicación
autónomas llamadas plásmidos.

Electron micrograph of the
nucleoid

COMPOSICIÓN QUÍMICA, ESTRUCTURA Y
ORGANIZACIÓN DEL CROMOSOMA

 Los cromosomas aislados muestran una
composición de un 60% de ADN, 30% de
ARN y 10% de proteínas.
 En la mayor parte de las bacterias este ADN
constituye un solo cromosoma circular,
cerrado covalentemente (ADN c.c.c.). Existen
algunas excepciones, en el sentido de que
podemos encontrar cromosomas lineares o
incluso más de un grupo de ligamiento (más
de un cromosoma):


 En el género Borrelia el cromosoma es lineal
con los extremos cerrados covalentemente
(es decir, los extremos forman una especie
de bucle de horquilla);
 En bacterias del género Streptomyces
también poseen un cromosoma lineal, pero
sus extremos contienen secuencias cortas
repetidas y están acomplejados con
proteínas, lo que recuerda de algún modo los
telómeros eucariotas;

Algunas bacterias parecen poseer dos o más
cromosomas:
 Rhodobacter sphaeroides, Vibrio, Leptospira
y Brucella presentan dos cromosomas
circulares
 Sinorhizobium melitoti presenta tres
cromosomas circulares
 Distintas cepas de Burkholderia cepacia
presentan entre 2 y 4 cromosomas
 Agrobacterium tumefaciens cuenta con un
cromosoma lineal y otro circular.

 Las bacterias son organismos haploides:
poseen un solo cromosoma. Sin embargo,
cuando las células bacterianas se encuentran
en crecimiento activo, y debido al desfase de
la división celular respecto de la replicación,
cada individuo puede albergar varias copias
de ese cromosoma. Por ejemplo, E. coli
puede llegar a 10 copias. Azotobacter puede
llegar hasta las 100 copias al final de la fase
de crecimiento exponencia, la bacteria
gigante Epulopiscium, que aumenta el
número de copias a 10.000 veces!).

Tamaño de los cromosomas
 Una bacteria típica, como Escherichia coli
posee un cromosoma con 4.700 pares de
kilobases (kb). Pero los rangos de tamaño
oscilan entre las 700 kb de Mycoplasma
genitalium (una bacteria carente de pared y
parásita) y las más de 12 000 kb de ciertas
bacterias capaces de diferenciación celular y
fenómenos de multicelularidad
(cianobacterias, actinomicetos).

PLÁSMIDOS
 Se definen como elementos genéticos
extracromosómicos con capacidad de replicación
autónoma (es decir, constituyen replicones propios).
Todos los plásmidos bacterianos estudiados son de
ADN de cadena doble. La inmensa mayoría son
circulares cerrados covalentemente (c.c.c.) y
superenrollados (aunque en Borrelia y algunos
Actinomicetos existen plásmidos lineares). Algunos
plásmidos poseen, además, la capacidad de
integrarse reversiblemente en el cromosoma
bacteriano: en esta situación se replican junto con el
cromosoma (bajo el control de éste), y reciben el
nombre de episomas.

PLÁSMIDOS
 Cada tipo de plásmido tiene un número
medio de copias por célula característico.
Por regla general, los grandes plásmidos
tienen una o dos copias por célula (plásmidos
con control estricto de la replicación),
mientras que los pequeños suelen estar
presentes como varias copias (>10),
denominándose plásmidos de control
relajado.

Tipos de plásmidos
 plásmidos conjugativos (autotransmisibles),
que son aquellos que se transfieren entre
cepas por medio de fenómenos de
conjugación.
 Plásmidos que no sólo se transfieren entre
cepas de la misma especie, sino que son
capaces de hacerlo entre especies y géneros
muy diversos, se denominan plásmidos
promiscuos o de amplio espectro de
hospedadores, permitiendo transferencia
horizontal de información genética entre
grupos bacterianos filogenéticamente
alejados.

Tipos de plásmidos
 plásmidos no conjugativos, carentes
de esta propiedad de conjugación.
Dentro de esta categoría existe un
subgrupo, el de los plásmidos
movilizables: son aquellos no
autotransmisibles que pueden ser
transferidos por la acción de un
plásmido conjugativo coexistente en la
misma bacteria.

FENOTIPOS DETERMINADOS POR
LOS PLÁSMIDOS
 Resistencia a antibióticos (plásmidos R)
 Resistencia a metales pesados (por ejemplo,
resistencia a mercurio).
 Plásmidos de virulencia: producción de
toxinas, factores de penetración en tejidos,
adherencia a tejidos del hospedador, etc., en
ciertas bacterias patógenas.
 Producción de bacteriocinas (proteínas
tóxicas producidas por bacterias que matan a
otras de la misma especie).

FENOTIPOS DETERMINADOS POR
LOS PLÁSMIDOS
 Producción de sideróforos (quelatos para
secuestrar iones Fe3+).
 Utilización de determinados azúcares.
 Utilización de hidrocarburos, incluyendo
algunos cíclicos recalcitrantes (degradación
de tolueno, xileno, alcanfor, etc.) en
Pseudomonas.
 Inducción de tumores en plantas (plásmido Ti
de Agrobacterium tumefaciens)
 Interacciones simbióticas y fijación de
nitrógeno en ciertos Rhizobium.

RIBOSOMAS
 El ribosoma está compuesto de un 63% de ARN (que
a su vez representa más del 90% del ARN total de la
bacteria) y un 37% de proteínas. El ribosoma
eubacteriano posee un coeficiente de sedimentación
de 70S, frente al de 80S de los ribosomas
citoplásmicos eucarióticos. Bajando la concentración
de iones Mg++ cada ribosoma se disocia en sus dos
subunidades: la pequeña (30S) y la grande (50S). In
vivo esta disociación ocurre cada vez que se
completa la síntesis de una molécula de proteína,
para volver a unirse las dos subunidades al inicio del
mensaje de otro gen.

Subunidad pequeña (30S)
 Contiene un solo tipo de ARN: el ARNr 16S,
con una característica estructura secundaria
con zonas de emparejamiento intracatenario
(de cadena doble) y bucles.
 Posee 21 tipos de proteínas, denominadas
S1, S2 ... S21. Las posiciones relativas de
algunas de estas proteínas han podido ser
“cartografiadas” en el conjunto de la
estructura de la subunidad 30S.

Subunidad grande (50S)
 Posee dos tipos de ARN: ARNr 23S y ARNr
5S, cada uno con su correspondiente y
peculiar estructura secundaria
 Contiene 32 tipos de proteínas diferentes,
denominadas L1 ... L32. La L7 y la L12 tienen
la misma secuencia, pero la L7 está
modificada químicamente en su extremo
amino por unión con un radical acetilo. Con
excepción de L7/L12, que están presentes en
4 copias cada una, las demás aportan una
sola molécula cada una a la subunidad
grande.

INCLUSIONES DE
RESERVA
 Son acúmulos de sustancias orgánicas
o inorgánicas, rodeadas o no de una
envuelta limitante de naturaleza
proteínica, que se originan dentro del
citoplasma bajo determinadas
condiciones de crecimiento.
Constituyen reservas de fuentes de C o
N (inclusiones orgánicas) y de P o S
(inclusiones inorgánicas).

Inclusiones orgánicas:

1. inclusiones polisacarídicas
2. gránulos de poli-ß-hidroxibutírico (o,
en general de poli-ß-
hidroxialcanoatos)
3. inclusiones de hidrocarburos
4. gránulos de cianoficina

Inclusiones inorgánicas

a) gránulos de polifosfato
b) glóbulos de azufre

INCLUSIONES
POLISACARÍDICAS
 Son acumulaciones de α(14)
glucanos, con ramificaciones en
α(16), principalmente almidón o
glucógeno (según especies), 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

INCLUSIONES
POLISACARÍDICAS
 Estas inclusiones actúan, pues, como
sistemas de almacenamiento de
carbono osmóticamente inertes (la
célula puede albergar grandes
cantidades de glucosa que, si
estuvieran como moléculas libres
dentro del citoplasma, podrían tener
efectos osmóticos muy negativos).

INCLUSIONES
POLISACARÍDICAS
 Para observarlas se recurre a la tinción
con una solución de I2 + IK (como el
lugol)
 glucógeno: aparece de color pardo-
rojizo;
 almidón (amilopectina): color azul

GRÁNULOS DE POLI-ß-HIDROXIBUTÍRICO (PHB) Y

DE POLI-HIDROXIALCANOATOS
 Los gránulos de poli-β-hidroxibutírico son
acúmulos del poliéster del ácido ß-
hidroxibutírico (= 3-hidroxibutírico), rodeados
de una envuelta proteínica, y que al igual que
en el caso anterior, se producen en ciertas
bacterias como reserva osmóticamente
inerte de C en condiciones de hambre de N.
En las especies de Bacillus constituye la
fuente de carbono y energía al inicio de la
esporulación. Una función semejante parece
implicada a la hora del enquistamiento de
Azotobacter.

GRÁNULOS DE POLI-ß-HIDROXIBUTÍRICO (PHB) Y
DE POLI-HIDROXIALCANOATOS

 Una célula puede contener de 8 a 12 de
estos gránulos, que miden unos 0.2-0.7 µm
de diámetro, y que van provistos de una
envuelta proteica de unos 3-4 nm de grosor.
Pueden llegar a representar el 80% en peso
de la célula.
 A diferencia de los acúmulos de
polisacáridos, los gránulos de PHB son
visibles a microscopio óptico en fresco,
debido a su elevado índice de refringencia.
Se tiñen bien mediante Negro-Sudán.

INCLUSIONES DE
HIDROCARBUROS
 Son acúmulos de reserva (con envuelta
proteinica) de los hidrocarburos que
determinadas bacterias (especialmente
Actinomicetos y relacionados) usan
como fuente de C.

GRÁNULOS DE
CIANOFICINA
 Muchas cianobacterias
(Oxifotobacterias) acumulan grandes
gránulos refringentes de reservas
nitrogenadas cuando se acercan a la
fase estacionaria de crecimiento. Estos
gránulos de cianoficina son acúmulos
de un copolímero de arginina y
aspártico.

GRÁNULOS DE
POLIFOSFATOS
 Se denominan también gránulos de
volutina o metacromáticos. El nombre
de “metacromáticos” alude al efecto
metacromático (cambio de color):
cuando se tiñen con los colorantes
básicos azul de toluidina o azul de
metileno envejecido, se colorean de
rojo. A microscopio electrónico
aparecen muy densos a los electrones.

GRÁNULOS DE
POLIFOSFATOS
 Son acúmulos de polifosfato, polímeros
lineales del ortofosfato, de longitud variable
(por término medio, unas 500 unidades), que
representan un modo osmóticamente inerte
de almacenar fosfato,la parte central de estos
gránulos constituye un núcleo formado por
lípidos y proteínas. En algunos casos pueden
constituir una fuente de energía, en
sustitución del ATP (¿se trata en este caso de
una especie de “fósil bioquímico?”).

GLÓBULOS DE AZUFRE
 Las inclusiones de S aparecen en dos grupos
de bacterias que usan sulfuro de hidrógeno
(SH2):
 Las bacterias purpúreas del azufre (que usan
el SH2 como donador de electrones para la
fotosíntesis);
 Bacterias filamentosas no fotosintéticas como
Beggiatoa, Thiomargarita o Thiothrix, que lo
usan como donador de electrones para sus
oxidaciones.


GLÓBULOS DE AZUFRE
 En ambos casos, el sulfuro de
hidrógeno es oxidado a azufre
elemental (S0), que en el citoplasma se
acumula como glóbulos muy
refringentes y rodeados de envuelta
proteínica. Estos glóbulos son
transitorios, ya que el S0 se reutiliza por
oxidación hasta sulfato, cuando en el
medio se agota el sulfuro.

OTRAS INCLUSIONES
 INCLUSIONES DE SALES MINERALES
Acúmulos grandes, densos y refringentes de
sales insolubles de calcio (sobre todo
carbonatos) que aparecen en algunas
bacterias (como Achromatium), cuyo papel
parece consistir en mantenerlas en el fondo
de los lagos y ríos.

OTRAS INCLUSIONES
 FICOBILISOMAS
 Son estructuras supramacromoleculares, en
forma de cilindros o bastones, adosadas a la
superficie de la membrana tilacoidal de las
Cianobacterias, confiriendo a ésta un típico
aspecto “granuloso” en las micrografías
electrónicas. , cromoproteínas que sirven
como “antenas” para la captación de luz en la
fotosíntesis de estos procariotas. Los grupos
cromóforos son: ficocianinas, aloficocianinas y
ficoeritrina

ORGÁNULOS PROCARIÓTICOS
CITOPLÁSMICOS
 En algunos grupos bacterianos se
pueden encontrar orgánulos
citoplásmicos no rodeados por unidad
de membrana (o sea, sin bicapa
lipídica). Muchos de ellos presentan
envueltas basadas en subunidades de
proteínas:

ORGÁNULOS PROCARIÓTICOS
CITOPLÁSMICOS
 carboxisomas
 vacuolasde gas
 clorosomas
 magnetosomas.

CARBOXISOMAS (= CUERPOS
POLIÉDRICOS)
 Estructuras presentes en bacterias fotoautotrofas
(Cianobacterias y ciertas bacterias purpúreas) y
quimioautotrofas (nitrificantes, Thiobacillus), de
apariencia poliédrica con tendencia a esférica. Su
diámetro oscila entre 50 y 500 nm, y están rodeadas
de envuelta monocapa proteinica de unos 3,5 nm. El
interior tiene aspecto granular, debido a la
acumulación de la enzima ribulosa-bifosfato-
carboxilasa (RuBisCo, la carboxidismutasa, el
enzima clave en el ciclo de Calvin de asimilación de
CO2).

VACUOLAS DE GAS
 Son orgánulos muy refringentes al
microscopio óptico, que al electrónico
muestran una estructura a base de
agrupaciones regulares de vesículas de
gas. Cada vesícula tiene una forma de
cilindro bicónico (200-1000 nm de longitud y
unos 70 nm de diámetro), rodeado de una
monocapa de unidades globulares de
proteína ensambladas helicoidalmente que
dan un aspecto a bandas (“costillas”).

VACUOLAS DE GAS
 Esta envuelta es impermeable al agua,
pero permeable a los gases, por lo que
la composición y concentración del gas
dentro de la vesícula depende de las
que existan en el medio. Conforme se
sintetizan y ensamblan las vesículas, el
agua va siendo eliminada del interior.

VACUOLAS DE GAS
 Lafunción de estas vacuolas es
mantener un grado de flotabilidad
óptimo en los hábitats acuáticos a las
bacterias que las poseen,
permitiéndoles alcanzar la profundidad
adecuada para su modo de vida (según
los casos, para obtener una intensidad
adecuada de luz, concentración óptima
de oxígeno o de otros nutrientes).

CLOROSOMAS
 Son vesículas oblongas situadas por debajo
de la membrana citoplásmica, que contienen
los pigmentos antena de las bacterias
fotosintéticas verdes (antigua familia
Chlorobiaceae). Son invisibles a microscopía
óptica; miden 100-150 nm de longitud y unos
50 nm de anchura, estando rodeadas de una
monocapa de proteínas. Se disponen por
debajo de la membrana citoplásmica, sin
estar en continuidad con ella, aunque en
muchos casos aparecen conectadas a través
de un pedúnculo de naturaleza no lipídica.

MAGNETOSOMAS
 Son orgánulos sensores del campo
magnético terrestre, que aparecen en
ciertas bacterias acuáticas flageladas
microaerófilas o anaerobias (p. ej., en
Aquaspirillum magnetotacticum).
Consisten en cristales homogéneos de
magnetita (Fe3O4), de formas cubo-
octaédricas o de prisma hexagonal
delimitados por una envuelta proteínica.

LA ENDOSPORA BACTERIANA Y
LA ESPORULACIÓN
 Los géneros Bacillus, Clostridium,
Sporosarcina y Thermoactinomyces),
disponen de una notable estrategia
adaptativa cuando se ven sometidas a
privación de nutrientes en su medio
ambiente: si los niveles de fuentes de C, N, o
P caen por debajo de un umbral. Entonces, la
célula se implica en una serie de complejos
cambios genéticos, metabólicos,
estructurales, etc. (proceso de esporulación
o esporogénesis).

LA ENDOSPORA BACTERIANA Y
LA ESPORULACIÓN
 La célula-madre (o sea, la célula vegetativa
original que generó la endospora) finalmente
se autolisa, liberando la espora, que es
capaz de permanecer en estado criptobiótico,
durmiente, varios decenios, -incluso siglos.
Las esporas son fácilmente diseminadas por
el aire; cuando caen en medios ricos en
nutrientes, se desencadena su germinación,
se reinicia la actividad metabólica, de modo
que cada espora genera una nueva célula
vegetativa, capaz de divisón binaria, etc.

ENDOSPORA
 Las endosporas son formas de reposo (y no
formas reproductivas), que representan una
etapa del ciclo de vida de ciertas bacterias, y
que se caracterizan por una estructura
peculiar, diferenciada respecto de las células
vegetativas, por un estado metabólico
prácticamente detenido, y por una elevada
resistencia a agentes agresivos ambientales.

TIPOS DE ESPORAS
 Al microscopio óptico, en fresco (sin teñir),
aparecen como cuerpos esféricos, ovoides e
incluso en algunas especies, cilíndricos, muy
refringentes, libres, o aún incluidos en la
célula vegetativa (célula madre).
 El tamaño relativo de la espora, y su situación
en el esporangio, son criterios taxonómicos
importantes en las bacterias esporulantes.

Tipos de esporas
 Según que el diámetro de la espora
sea o no mayor que el de la célula
vegetativa:
1. Esporas deformantes
2. Esporas no deformantes

Tipos de esporas
 Según la localización de la espora
dentro del esporangio:
1. Terminal
2. Subterminal
3. Central

Tipos de esporas
 Los esporangios deformantes de
Clostridium son característicos:
1. en forma de cerilla o palillo de tambor
(plectridios)
2. en huso (clostridios)

Tipos

CENTRALES

SUBTERMINALES

TERMINALES

Tinción:
 No se tiñen por los colorantes
normales. Hay que forzar por calor y/o
mordientes (por ejemplo, tras teñir
reforzadamente con fuchsina, resisten
decoloración por alcohol-ClH). Otra
tinción muy empleada es la reforzada
con verde de malaquita (que es la que
el alumno realiza en nuestras prácticas
de laboratorio).

ESTRUCTURA Y COMPOSICION
QUIMICA DE LA ENDOSPORA
 Partes que comprende la endospora:
 Protoplasto o núcleo (“core”, en inglés), con
la membrana citoplásmica de la espora
(membrana esporal interna).
 Pared de la espora (= Germen de la pared
de la futura célula vegetativa)
 Corteza o córtex, rodeado externamente de
la membrana esporal externa.
 Cubierta
 Exosporio

Endospora de Bacillus subtilis

PROTOPLASTO O NÚCLEO
 El citoplasma de la espora está muy
deshidratado. Sus componentes están
inmovilizados en una matriz de quelatos de
iones Ca++ y ácido dipicolínico.
 El citoplasma de la espora contiene altas
concentraciones de ion Ca++ (1-3% del peso
seco de la espora), y de ácido dipicolínico
(DPA) (10% en peso); ambos están formando
un quelato, llamado dipicolinato cálcico
(DPC), una sustancia exclusiva de las
esporas bacterianas.

PROTOPLASTO O NÚCLEO
El protoplasto contiene un cromosoma
completo, condensado, y todos los
componentes indispensables para reiniciar el
crecimiento vegetativo cuando la espora
germine, pero carece de muchos
componentes típicos de la célula vegetativa:
Rodeando al protoplasto está la membrana
citoplásmica (membrana interna de la
espora), una bicapa lipídica carente de
fluidez, posiblemente como resultado de su
estructura policristalina.

PARED DE LA ESPORA
 Situación: inmediatamente por encima de la
membrana interna de la espora.
 Composición: a base de un peptidoglucano (PG)
similar al de la célula vegetativa, con sus
característicos enlaces entre los tetrapéptidos.
 Funciones: al germinar la espora, dará lugar a la
pared celular de la nueva célula vegetativa,
confiriéndole, mientras tanto, resistencia osmótica.
 Origen: se sintetiza a partir de la prespora,
atravesando los precursores la membrana interior
que hemos citado arriba.

CORTEZA O CÓRTEX
 Composición: un peptidoglucano (PG)
especial, diferente en composición al PG de
la célula vegetativa:
 30% del NAM tiene tetrapéptidos normales,
pero el grado de entrecruzamiento es muy
bajo (6%).
 15% del NAM tiene solo la L-ala inicial, en
lugar de tetrapétido.
 55% de una modificación del ácido murámico
(lactama del ácido murámico), producida por
condensación del -COOH lactilo con el -NH2,
para formar la lactama correspondiente).

CORTEZA O CÓRTEX
 Origen:Se sintetiza a partir de la célula
madre, con sus intermediarios
ensamblados a nivel de la membrana
externa que rodea a la corteza.

CORTEZA O CÓRTEX
 Propiedades de la corteza
 1) Tiene un bajo grado de puentes entre
tetrapéptidos (sólo un 6%). Ello condiciona:
 a) una estructura más laxa, que es la base
de su apariencia de gel.
 b) su rápida autolisis, durante la germinación
de la espora.
 2) La lactama del murámico condiciona una
gran resistencia a la lisozima.

CUBIERTAS
 Composición y estructura: la
composición depende de las especies,
pero en general, a base de una o varias
proteínas de tipo queratina, todas muy
ricas en cisteína y en aminoácidos
hidrófobos, y que llegan a constituir el
60% en peso seco de la espora.

CUBIERTAS
 Propiedades: son muy insolubles e
impermeables, 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
 Composición química: mezcla de proteínas,
polisacáridos complejos, y lípidos.
 Propiedades: muy resistente a enzimas
proteolíticas, lo que sugiere (pero no prueba
directamente) que el exosporio puede
representar algún papel como barrera de
defensa externa de la espora.

ESPORULACIÓN
 Para que se produzca la esporulación, se
necesitan dos condiciones previas:
 1) Los cultivos bacterianos han de estar en
buenas condiciones;
 2) Cuando cesa el crecimiento
exponencial, la mayoría de las células entran
en esporulación, en un lapso de tiempo
relativamente breve (5,5-8 horas en Bacillus
subtilis) casi todo el cultivo aparece en forma
de esporas, habiendo desaparecido las
células vegetativas..

ESPORULACIÓN
 Ladivisión celular típica de la fase de
crecimiento exponencial y la
esporulación son procesos
mutuamente excluyentes

PROPIEDADES BIOLÓGICAS DE
LAS ESPORAS
 Las endosporas son células en estado de
dormancia, con una bajísima tasa
metabólica (hipometabolia, la menor que
existe en el mundo vivo), y capaces de
conservar su vitalidad durante larguísimos
períodos. Son muy resistentes a la acción
de diversos agentes químicos (octanol,
cloroformo) y físicos (altas temperaturas,
congelación, desecación, radiaciones).

LAS ESPORAS
 1) Hipometabolia: Poseen la más baja tasa
respiratoria de todos los seres vivos. Por ello
son capaces de sobrevivir en ausencia de
nutrientes durante largos períodos de tiempo.
 2) Dormancia: Esta propiedad se refiere al
hecho de que la espora tiene una gran
inercia a los sustratos exógenos. Como
veremos, la espora sólo perderá la dormancia
cuando se haya activado para la
germinación.

LAS ESPORAS
 3) Resistencia al calor: Las esporas de ciertas
especies resisten el calor húmedo de 120oC durante
10 min, lo cual condiciona los parámetros para
esterilizar materiales. La resistencia al calor seco, es
decir, en ausencia de vapor de agua, se debe a las
proteínas SASP, que protegen al ADN de los daños
oxidativos de este tipo de calor).
 4) Deshidratación: El muy bajo contenido en agua
de la espora (0.3 g de agua/g de peso seco frente a
los 3-4 g de agua/g de peso seco de la célula
vegetativa) hace que la espora sea muy refráctil al
microscopio óptico en fresco.

LAS ESPORAS
 5) Resistencia a los rayos UV: Parece que depende
de varios componentes:
 a) absorción de luz UV por las cubiertas;
 b) por el DPC;
 c) pero cada vez está más claro que las proteínas
SASP tienen un papel central en esta resistencia a
los UV, las SAPS de tipo α/β acomplejan al ADN y
favorecen su configuración de tipo A, lo cual a su vez
provoca un cambio en su fotoquímica.
 d) cambio en la fotoquímica del ADN de la espora

LAS ESPORAS
 6) resistencia a agentes químicos: La
resistencia de la endospora a agentes como
octanol, cloroformo, etc. se debe a la
impermeabilidad de las cubiertas, gracias
a su gran grosor y su peculiar composición a
base de proteínas ricas en aminoácidos
hidrófobos y con abundantes puentes
disulfuro (cistinas). La resistencia a la
lisozima se debe por un lado a la propia
impermeabilidad de las cubiertas, y a la
resistencia de la corteza.

GERMINACIÓN DE LA
ENDOSPORA
 1. preactivación
 2. activación
 3. iniciación (o germinación en sentido
estricto)
 4. crecimiento ulterior (entrada en fase
vegetativa)

PREACTIVACIÓN
 Antes de que la espora esté en
condiciones de germinar se requiere
que sus cubiertas se alteren. En la
naturaleza esto ocurre por erosión por
envejecimiento progresivo.
Artificialmente, en laboratorio, se puede
recurrir a algún procedimiento para
alterar esas cubiertas:

Procedimientos
 Tratando las esporas a altas temperaturas,
pero inferiores a su inactivación (100oC
durante unos minutos);
 Por radiaciones ionizantes;
 Por pH bajos;
 Por tratamiento con sustancias que posean
grupos -SH libres (p. ej., mercaptoetanol).

ACTIVACIÓN
 Laactivación es una etapa aún
reversible, desencadenada por un
agente químico externo (germinante)
presente en el medio. Este agente es
variable según las especies

Agentes activantes
 iones inorgánicos (Mn2+, Mg2+);
 L-alanina en B. subtilis;
 glucosa u otros azúcares;
 adenina u otras bases nitrogenadas.

INICIACIÓN O GERMINACIÓN EN
SENTIDO ESTRICTO
 En esta etapa la germinación se hace
ya irreversible, y se rompe
definitivamente el estado de
dormancia, si bien el metabolismo es
endógeno (no depende todavía de
sustancias externas). Los principales
acontecimientos bioquímicos son:

ACONTECIMIENTOS
 Se pierde DPA, lo que supone pérdida de
Ca++;
 Este Ca++ pasa al córtex, donde neutraliza las
cargas negativas  se favorece la
rehidratación del protoplasto y su
hinchamiento,
 El 3-fosfoglicérico (3-PG) se convierte en 2-
PG, y éste en PEP, que a su vez dona su
fosfato de alta energía para producir ATP;

ACONTECIMIENTOS
 Las pequeñas proteínas SASPs se
hidrolizan por una proteasa específica que
hasta ese momento estaba inactiva. De este
modo los aminoácidos constituyentes de las
SASPs se reutilizan para la síntesis de
nuevas proteínas por parte de la pequeña
dotación de ribosomas y demás moléculas
accesorias;
 La ARN polimerasa comienza a sintetizar
ARN (comienza la transcripción de genes
vegetativos).

TERMINACIÓN Y CRECIMIENTO
ULTERIOR
 Aparece ya el metabolismo exógeno,
de modo que la espora puede tomar
nutrientes del exterior y metabolizarlos.
Los eventos bioquímicos y
estructurales más notorios son:

EVENTOS
 Se sintetiza ADN;
 El protoplasto crece aún más;
 La pared de la espora sirve como cebador
(germen) para la producción de la pared de
la célula vegetativa naciente.
 La célula vegetativa sale por rotura de las
cubiertas, que puede ser de tipo polar o
ecuatorial.

EXOSPORAS
 Determinadas bacterias (Methylosinum,
Rhodomicrobium) forman esporas
reproductivas por gemaciones
sucesivas al final de sus prostecas.
Estas exosporas poseen una envuelta
a base de pared rodeada de una
cápsula o cubierta gruesa.

DIFERENCIACIONES EN
ACTINOMICETOS
 Los actinomicetos constituyen un grupo
amplio y complejo de bacterias Gram
positivas con tendencia a un tipo de
crecimiento micelial y un estilo de vida
similar a los hongos. Muchos de los taxones
de Actinomicetos y bacterias relacionadas
poseen células diferenciadas de tipo
reproductivo, genéricamente conocidas como
esporas.

Género Actinoplanes
 Las especies de este género producen
micelios vegetativos de sustrato
(subterráneos). Algunos de estos micelios
generan hifas verticales que sobresalen a la
superficie. El extremo de cada una de estas
hifas se diferencia para constituir un saco
llamado esporangio, que se fragmenta en
un conjunto de esporas móviles (flageladas)
llamadas zigosporas o esporangiosporas.

Género Streptomyces
 Forma un micelio de sustrato ramificado,
interrumpido de vez en cuando por pared
transversal. Cuando hay limitación de
nutrientes se comienza a formar un micelio
aéreo a partir de ramificaciones de las hifas
subterráneas. En los extremos de algunas de
estas hifas aéreas las células se diferencian
en cadenas de esporas. Durante la
formación de estos micelios aéreos y de las
esporas la población de micelios
subterráneos sufre una lisis masiva.

Propiedades de las esporas de los
estreptomicetos
 La pared celular de la espora es más gruesa
que la de la célula vegetativa;
 No hay cambio cualitativo en el
peptidoglucano;
 No hay córtex ni cubiertas
 son muy hidrofóbicas: se resisten a ser
suspendidas en agua. Esto parece que se
debe a una vaina que rodea a la pared
celular, compuesta a base de túbulos auto-
ensamblables.

Propiedades de las esporas de los
estreptomicetos
 Resisten más al calor y a la desecación
en comparación a las células
vegetativas, pero menos que las
endosporas.
 Son metabólicamente durmientes
(células en reposo).

QUISTES BACTERIANOS
 Son células que se producen en algunas
especies por engrosamiento de la pared
celular de la célula vegetativa, por
deposición de nuevos materiales
externamente a la membrana citoplásmica, al
mismo tiempo que se acumulan materiales
de reserva en el citoplasma. Poseen
metabolismo endógeno, y resisten al calor,
a la desecación y a agentes químicos más
que la correspondiente célula vegetativa
(pero menos que las endosporas).

EJEMPLOS
 Quistes de Azotobacter y Bdellovibrio.
 Microquistes de Mixobacterias,
llamados mixosporas: sus envueltas
constan de una corteza, rodeada de
cubiertas (interna y externa). Estas
cubiertas se componen de una
glucoproteína muy rica en
polisacáridos.

DIFERENCIACIONES EN
CIANOBACTERIAS
 En las cianobacterias filamentosas (que
forman tricomas) se pueden observar
dos tipos principales de células
diferenciadas a partir de las
vegetativas: heteroquistes y acinetos.

HETEROQUISTES
 Son células de término, sin función
reproductiva, especializadas en la
fijación de nitrógeno molecular (N2),
de mayor tamaño que las células
vegetativas.

HETEROQUISTES
COMPOSICIÓN
 Por fuera de la pared celular (que es de tipo
Gram-negativo), existen tres cubiertas:
 Una capa laminada interna a base de
glucolípidos exclusivos de cianobacterias;
 Una capa homogénea central a base de
polisacáridos;
 Una capa fibrosa externa, también
polisacarídica, pero menos compactada.

HETEROQUISTES
 Estas tres capas evitan la difusión del
O2 al interior del heteroquiste, lo que
representa uno de los mecanismos
para la protección de la nitrogenasa
(complejo enzimático que reduce el N2 a
NH4+, y que es muy sensible al oxígeno).

ACINETOS
 Son formas de reposo que se originan a
partir de células vegetativas, por acumulación
de nuevas capas de materiales
polisacarídicos por fuera de la pared celular,
y por formación de acúmulos de reserva en el
citoplasma.
 Resisten más que las células vegetativas los
períodos de desecación y de congelación,
pero no al calor.

ACINETOS
 Cuando las condiciones ambientales
mejoran, se producen sucesivas
divisiones transversales en el acineto,
que finalmente se convierte en un
filamento más corto y menos grueso
que los tricomas, llamado hormogonio.

Estructuras de la cubierta
 Fimbrias y pelos
 Capas S
 Cápsulas
 Capas mucosas

Fimbrias
 De estructura similar a los flagelos,
pero no son móviles. Las fimbrias son
más cortas y mucho más numerosas,
son de naturaleza proteica.
 Favorecen la fijación bacteriana.
 Forman películas o biofilms sobre
superficies líquidas.

Pelos o pili
 Son similares a las fimbrias, pero más
largas, son pocas. Actúan como
receptores específicos, para algunos
tipos de virus.
 Participan en el proceso de
conjugación.
 Facilitan la fijación bacteriana.

Capas S
 Son capas de proteínas en posición
bidimensional. Presentes en casi todas
las bacteria y universales en Archaea.
 Tiene apariencia cristalina y adopta
disposiciones de simetría variadas como:
hexagonal, tetragonal, o trimérica, en
dependencia del número de las unidades
que lo forman.

Capas S
 Son una barrera permeable que
permite el paso de sustancias de bajo
peso molecular.
 En bacterias patógenas, actúan como
elementos de protección frente a
mecanismos de defenza del
hospedador.

Cápsulas
 Muchos microorganismos secretan
materiales viscosos, compuestos de
polisacáridos (glicocálix) y proteínas.
 Su composición varía en cada organismo
y puede ser rígida o flexible, fina o
gruesa.
 Polisacáridos de gluc, fruct, gal, y ácido
glucurónico (Str. pneumoniae). Ácido
poliglutámico (B. antracis)

Funciones
 Fijación bacteriana.
 Reconocimiento de puntos de ingreso
al hospedador.
 Resistir la acción de células fagocitarias
y del sistema inmunitario.
 Retención de agua

Capsula entorno a la célula de
Klebsiella planticola

Microcápsulas
 Se forman en estafilococos,
streptococos y cianofitos, cuando los
cultivos son ricos en hidratos de
carbono.
 Pueden formarse dentro del organismo
como en Str. Pneumoniae y Clostridium
perfrigens.
 Las cápsulas comunes que rodean a
varias células se denominan zoogleas

Estructura

ENDOPLASMA

ECTOPLASMA

CAPSULA
MUSILAGINOSA

COMPOSICIÓN QUÍMICA
 La membrana citoplásmica bacteriana
es la estructura de tipo bicapa proteo-
lipídica que delimita al protoplasto. Su
proporción proteínas: lípidos es
superior a la de las membranas
celulares eucarióticas, llegando a
alcanzar valores relativos de 80:20.

CARENCIA, EN GENERAL, DE
ESTEROLES
 Las membranas procarióticas, a diferencia de las de
eucariotas, carecen de esteroles (con las salvedades
de Cianobacterias, ciertas bacterias metilotrofas;
además, los micoplasmas presentan colesterol, pero
lo “secuestran” de las células eucarióticas a las que
parasitan).
 Pero en cambio, en muchas bacterias existe una
peculiar clase de compuestos policíclicos,
denominados hopanoides (triterpenoides
pentacíclicos) que parecen condicionar parte de la
rigidez de las membranas citoplásmicas.

HOPANOIDES
 Los hopanoides se sintetizan a partir
del mismo tipo de precursores que los
esteroles. (Por cierto, como dato
curioso diremos que los sedimentos de
combustibles fósiles como el petróleo
presentan cantidades gigantescas de
hopanoides, lo que confirma el papel
que tuvieron las bacterias en su
formación).

LÍPIDOS
 Abundan los fosfolípidos del ácido
fosfatidico.
1. Fosfatidiletanolamina
2. Fosfatidilglicerol
3. Cardiolipina
En bacterias Gram-positivas, además se
encuentran glucolípidos y
glucofosfolípidos.

Membrana de Archaea
 Los lípidos de Archaea poseen enlaces
éter entre el glicerol y las cadenas
laterales hidrofóbicas.
 Carecen de ácidos grasos, poseen
unidades repetitivas de isopreno (5
“C”).
 Cadenas laterales de fitano (4 unidades
de isopreno)

ACIDOS GRASOS
 1) saturados, como p. ej.:
 a) palmítico (16:0)
 b) mirístico (14:0)
 c) de cadena ramificada (muy frecuentes en
muchas bacterias Gram-positivas)
 2) monoinsaturados (sobre todo en Gram-
negativas), como p. ej.:
 a) palmitoleico (cis-9, 16:1)
 b) cis-vaccénico (cis-11, 18:1)

ACIDOS GRASOS
 En Arqueas, en lugar de los habituales
lípidos a base de ésteres de ácidos grasos
con glicerol, existen lípidos a base de éteres
de alcoholes de cadena larga con glicerol
(p. ej., difitanil-glicerol-diéteres). Los
alcoholes suelen ser derivados
poliisoprenoides. Este tipo de membranas
son más rígidas que las de eubacterias.
Incluso existen arqueas con membranas a
partir de tetrafitanil-diglicerol-tetraétereres,
que consituyen bicapas monomoleculares.

PROTEÍNAS
 Constituyen la mayor parte de la
membrana bacteriana (hasta el 80% en
peso seco). Existe una gran variedad
de tipos de proteínas en una misma
bacteria (hasta 200), pero la
composición y proporción concreta
varía según las condiciones de cultivo.
 Según su localización en la membrana,
y su grado de unión con la porción
lipídica, se distingue entre:

PROTEÍNAS
 Proteínas integrales de membrana
(=endoproteínas): son proteínas
estrechamente unidas a la membrana, por lo
general atravesadas en plena bicapa lipídica.
Las proteínas integrales pueden desplazarse
lateralmente en la bicapa lipídica, pero no
son capaces de rotar, por lo que siempre
presentan una determinada orientación o
polaridad. Algunas presentan hidratos de
carbono que sobresalen hacia la superficie
externa (glucoproteínas).

PROTEÍNAS
 Proteínas periféricas (=
epiproteínas): unidas a la superficie
de la membrana, de forma más débil,
por lo que son más fáciles de extraer
y purificar. Incluso algunas
establecen contactos sólo
transitorios con la membrana

Estructura
 Consiste en una bicapa lipídica, con los
grupos polares (hidrófilos) hacia afuera, y las
cadenas hidrofóbicas de ácidos grasos (o, en
el caso de Arqueobacterias, de alcoholes)
hacia adentro, ajustándose al modelo de
mosaico fluido de Singer y Nicholson.
Inmersas en esta bicapa se encuentran las
abundantes proteínas, que pueden moverse
lateralmente en el mosaico de moléculas de
lípidos, igualmente dotados de una rápida
movilidad.

Estructura
 La membrana citoplásmica es
asimétrica (aunque no tanto como la
membrana externa de Gram-
negativas). Esto se traduce en el hecho
de que muchos de los procesos que
tienen lugar en la membrana sean
vectoriales (tengan una dirección
determinada).

FUNCIONES DE LA MEMBRANA
CITOPLASMICA
 La membrana citoplásmica de los
procariotas es una notable estructura
multifuncional (como uno podría
esperar de la constatación del gran
número de tipos de proteínas), siendo
el sitio donde se producen muchos
procesos metabólicos complejos, en un
grado desconocido en el resto del
mundo vivo.

FUNCIONES
 Barrera osmótica (que mantiene constante
el medio interno), impidiendo el paso libre de
sales y de compuestos orgánicos polares
 Es el límite metabólicamente activo de la
célula: establece la frontera entre el
protoplasto y el medio externo, impidiendo la
pérdida de metabolitos y macromoléculas del
protoplasto.
 Permite selectivamente el paso de
sustancias entre el exterior y el interior (y
viceversa).


FUNCIONES

 Interviene,además, en procesos
bioenergéticos (fotosíntesis,
respiración)
 Participa en la biosíntesis de
componentes de membrana, de
pared y de cápsulas,
 En la secreción de proteínas.

TRANSPORTE DE NUTRIENTES

 Tradicionalmente se viene considerando
tres métodos principales de transporte de
sustancias a través de la membrana:
1. transporte pasivo inespecífico (= difusión
simple);
2. transporte pasivo específico (= difusión
facilitada);
3. transporte activo.

TRANSPORTE PASIVO INESPECÍFICO
O DIFUSIÓN SIMPLE

 Este transporte consiste en la difusión
pasiva de ciertas sustancias para las que la
membrana es impermeable, debido a la
diferencia de concentración (∆C) a ambos
lados de dicha membrana (la sustancia
tiene mayor concentración fuera que dentro
de la célula). Aparte de esta diferencia de
concentración, en la difusión pasiva influyen:
1. la constante de permeabilidad (P), es decir,
el grado de permeabilidad de la membrana
a la sustancia en cuestión;

TRANSPORTE PASIVO INESPECÍFICO
O DIFUSIÓN SIMPLE

1. El área o superficie total (A) a través de la
que se produce el transporte.
2. Las membranas citoplásmicas son
impermeables en sí mismas a la mayor
parte de las moléculas. Sólo se da en el
caso de O2, CO2, NH3, agua y otras
pequeñas sustancias polares no ionizadas.
3. La difusión simple se produce por el paso de
estas sustancias a través de poros
inespecíficos de la membrana citoplásmica.

TRANSPORTE PASIVO ESPECÍFICO O
DIFUSIÓN FACILITADA
 Es un proceso que permite el paso de
compuestos por difusión a través de
transportadores estereoespecíficos y (al igual
que en el caso anterior) sobre la base de un
gradiente de concentración (en la dirección
termodinámicamente favorable).
 El transportador suele ser una proteína
integral de membrana (permeasa o
facilitador), cuya conformación determina un
canal interior, y por el cual un determinado
sustrato puede alcanzar el interior, sin gasto
de energía.


 Cuando el soluto se une a la parte de la
permeasa que da al exterior, esta proteína
sufre un cambio conformacional que libera la
molécula en el interior. Como al entrar la
molécula, enseguida entra en el metabolismo
y desaparece como tal, esto basta para
mantener el gradiente de concentración que
permite esta difusión. La difusión facilitada
exhibe propiedades similares a las de las
reacciones enzimáticas:

Propiedades
 Especificidad de sustrato: cada permeasa
transporte un solo tipo de sustratos
químicamente parecidos.
 Cinética de saturación de tipo Michaelis-
Menten, es decir, la velocidad de transporte
aumenta con la concentración de sustrato,
hasta un valor límite (Vmax) por encima del cual
ulteriores aumentos del soluto no aumentan
dicha velocidad (debido a que todas las
porinas disponibles están ya totalmente
ocupadas).


 Aunque este sistema de transporte es muy
común en eucariotas, es muy raro
encontrarlo en bacterias. La explicación
evolutiva es que los procariotas suelen vivir
en ambientes con pocas concentraciones de
nutrientes, y por lo tanto no es frecuente que
se den gradientes adecuados. Una de las
pocas excepciones la constituye el glicerol,
que es transportado por difusión facilitada en
una amplia gama de bacterias, tanto Gram-
positivas como Gram-negativas

TRANSPORTE ACTIVO
 Consiste en el transporte de sustancias en
contra de un gradiente de concentración,
lo que requiere un gasto energético. En la
mayor parte de los casos este transporte
activo (que supone un trabajo osmótico) se
realiza a expensas de un gradiente de H+
(potencial electroquímico de protones)
previamente creado a ambos lados de la
membrana, por procesos de respiración y
fotosíntesis;por hidrólisis de ATP.

TRANSPORTE ACTIVO
 Lossistemas de transporte activo son
los más abundantes entre las bacterias,
y se han seleccionado evolutivamente
debido a que en sus medios naturales
la mayoría de los procariotas se
encuentran de forma permanente o
transitoria con una baja concentración
de nutrientes.

TIPOS DE TRANSPORTE ACTIVO

 Transporte activo ligado a simporte de
protones;
 Transporte activo ligado a simporte de
iones Na+
 Transporte activo dirigido por ATP
 Transporte acoplado a translocación de
grupos.

TRANSPORTE ACTIVO LIGADO A
SIMPORTE DE PROTONES
 El simporte se puede definir como el
transporte simultáneo de dos sustratos en la
misma dirección, por un mismo transportador
sencillo. En el caso del transporte activo
ligado a simporte de protones, lo que ocurre
es que uno de los sustratos (H+) ha creado
previamente un gradiente de concentración,
cuya disipación es aprovechada por el otro
sustrato para entrar con él. Este otro sustrato
puede ser:

SIMPORTE DE PROTONES
 Una molécula de carga negativa: en este
caso, su simporte ligado a protones tiende a
disipar sólo el gradiente de concentración.
Ejemplos: transporte de iones fosfato, de
glutamato, etc.
 Una molécula neutra: en este caso, su
simporte tiende a disipar no sólo el gradiente
de concentración, sino también el gradiente
eléctrico. Ejemplo: en Escherichia coli, la
lactosa usa una ß-galactósido-permeasa.

SIMPORTE DE IONES SODIO
 Se puede considerar una versión modificada
del anterior: algunas sustancias no son
transportadas activamente de forma directa
por el potencial electroquímico de protones,
sino indirectamente, a través de un gradiente
de Na+ que a su vez se origina a expensas de
dicha fuerza protón-motriz (fpm).
 El sustrato entra por una permeasa, junto
con iones Na+, pero a su vez este sodio se
recicla por un sistema de antiporte, a
expensas de la disipación del potencial de
protones.

TRANSPORTE ACTIVO DIRIGIDO
POR ATP
 El tipo de transporte se denomina de
transportadores ABC o ATPasas de
tráfico, y se conocen muchos ejemplos en
eubacterias y arqueas. En enterobacterias
(como E. coli). Se trata de un sistema de
varios componentes, en el que existen
proteínas periplásmicas que captan el
sustrato con gran afinidad, y lo llevan hasta
unas proteínas de membrana, las cuales
acoplan el paso de dicho sustrato hasta el
citoplasma (sin alteralo químicamente) con la
hidrólisis de ATP.

Elementos de este tipo de sistema
 Porinas u otras proteínas de membrana externa para
lograr la difusión del sustrato desde el medio hasta el
espacio periplásmico.
 Proteína(s) solubles de espacio periplásmico que se
unen al sustrato con gran afinidad.
 Un heterodímero formado por dos proteínas
integrales de membrana (cada una de ellas posee 5
o 6 trechos en α-hélice que atraviesan la membrana
citoplásmica), que son la permeasa propiamente
dicha del sistema (el canal por donde pasa el
sustrato).

Elementos de este tipo de sistema

 Dos proteínas periféricas de membrana
citoplásmica, adosadas al lado
citoplásmico, que incluyen el módulo
conservado ABC que acopla la
hidrólisis de ATP con el transporte
unidireccional del sustrato a través de la
membrana.

Modelo del mecanismo de este
sistema

EJEMPLOS
 Existenmuchos ejemplos de
transportadores procarióticos de tipo
ABC, y cada uno de ellos está
especializado en transportar un
sustrato específico o varios sustratos
parecidos. Ejemplo de sustratos
transportados de esta forma:

EJEMPLOS
 Monosacáridos como arabinosa,
galactosa, maltosa, ribosa, xilosa, etc.
 Oligosacáridos
 Iones orgánicos e inorgánico
 Aminoácidos como histidina, glicina,
leucina, etc.
 Oligopéptidos
 Algunas vitaminas y metales.
 Sideróforos con hierro

TRANSPORTE ACOPLADO A
TRANSLOCACION DE GRUPOS
 Es un sistema de transporte que acopla la
entrada del sustrato con su modificación
química por unión covalente con un grupo
químico. Estrictamente hablando, no es un
transporte activo, porque no funciona en
contra de un gradiente de concentración,
pero se considera de hecho como activo, ya
que la concentración del sustrato modificado
dentro de la célula supera con creces a la del
sustrato sin modificar en el exterior.

EJEMPLOS
 En E. coli el sistema PTS permite el
transporte de glucosa, manosa, fructosa y los
polioles sorbitol y manitol.
 Entrada de ácidos grasos mediante un
sistema de transferencia de Coenzima A, que
los transforma en acil-CoA.
 Entrada de purinas y pirimidinas, mediante
un sistema de fosforribosil-transferasas

TRANSPORTE DE HIERRO
 El hierro es un cofactor de muchas enzimas y
citocromos, por lo que las bacterias necesitan
captarlo. La captación de hierro se complica
porque el ión férrico (Fe3+) es muy insoluble.
Además, las bacterias que viven dentro de
animales superiores tienen un problema: en
los fluidos y tejidos de sus patrones el hierro
libre es muy poco abundante (el hierro suele
estar acomplejado con proteínas), por lo que
se vuelve vital aprovisionarse con este
elemento de alguna manera.

TRANSPORTE DE HIERRO
 Muchas bacterias secretan unas
moléculas de bajo peso molecular
llamadas en general sideróforos, que
son capaces de formar quelatos
(complejos) con el hierro férrico. Por
ejemplo, Escherichia coli secreta un
sideróforo llamado enterobactina.

ESTRUCTURAS MEMBRANOSAS
INTRACITOPLÁSMICAS

MESOSOMAS
 Son estructuras membranosas
intracitoplásmicas que se observan en
la mayor parte de las bacterias,
constituidas por invaginaciones de la
membrana citoplásmica

Estructura y composición
 Los mesosomas más característicos y
patentes son los de bacterias Gram-positivas.
Su aspecto es el de repetidas invaginaciones
de la membrana: una invaginación primaria
en forma de sáculo irregular, de la que surge
una invaginación secundaria, llamada túbulo
mesosómico, que rellena el hueco de la
invaginación primaria. El túbulo mesosómico
suele consistir en un conjunto de pequeñas
vesículas arrosariadas, o túbulos, conectados
entre sí, a veces con aspecto de cebolla.

Funciones
 transporte de electrones, síntesis de
componentes de las envueltas....
 Probable papel en la síntesis del septo
transversal, quizá regulando las
autolisinas implicadas en la división
celular-

Funciones
 Puntos de anclaje del cromosoma bacteriano
(y quizá de algunos plásmidos), actuando en
la segregación de los cromosomas hijos a las
células hermanas (y en el caso de las
bacterias esporuladas, en la segregación de
los cromosomas a los compartimentos de la
célula madre (esporangio) y de la preespora.
 Zonas de secreción de ciertas exoenzimas
(p. ej., penicilinasa en Bacillus).

OTRAS INVAGINACIONES
 En muchas bacterias quimiolitoautrofas
(especialmente las nitrificantes) existen
invaginaciones de la membrana (a menudo
denominadas citomembranas) que permiten una
mayor superficie para la realización de sus
actividades respiratorias. Sus formas y disposiciones
son igualmente muy variadas.
 En Azotobacter, una bacteria aerobia fijadora de
nitrógeno atmosférico, y que presenta una altísima
tasa respiratoria, se pueden detectar también
invaginaciones de membrana que aumentan la
superficie disponible para sus intensos procesos de
oxidación.

TILACOIDES
 Son sacos membranosos aplastados
presentes en las cianobacterias, que no
están en continuidad con la
membrana citoplásmica; en su cara
externa se disponen filas de
ficobilisomas. El conjunto de membrana
tilacoidal + ficobilisomas es el
responsable de la fotosíntesis oxigénica
en este grupo de procariotas.

INTRODUCCIÓN
 La mayor parte de los procariotas posee una
pared celular (P.C.) rígida rodeando al
protoplasto. Las excepciones son los
micoplasmas (dentro del dominio Bacteria) y
algunas arqueas, como Thermoplasma.
 Al microscopio electrónico se puede observar
como una capa en íntimo contacto con la
membrana citoplásmica, con un espesor que
oscila entre 10 y 80 nm (según especies)
-frente a los 8 nm de la membrana celular- , y
con una estructura más o menos compleja,
según los tipos bacterianos.

PAREDES DE LAS EUBACTERIAS

 Consistenen un esqueleto
macromolecular rígido, llamado
peptidoglucano (= mucopéptido o
mureína), que en Gram-positivas se
encuentra inmerso en una matriz
aniónica de polímeros azucarados; y
en Gram-negativas está rodeada por
una membrana externa, e inmersa
en un espacio periplásmico.

Funciones
 Crecimiento
 División celular.
 Protección contra factores ambientales
desfavorables.
 Determina la forma celular.
 Virulencia.
 Defenza contra la Lisosima y penicillina

Prueba de Gram
 Cristal violeta
 Yodo
 Formación de un complejo coloreado
 Tratamiento con alcohol, las células
mantienen la coloración o la pierden
 El complejo se forma en el
protoplasma, sin embargo su retención
depende de la composición de la pared
celular.

BACTERIA GRAM NEGATIVA
Serratia marcescens

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y
ESTRUCTURA
 Enlas bacterias Gram-positivas el
peptidoglucano representa el
componente mayoritario de la pared
celular (50-80% en peso), mientras que
en Gram-negativas supone sólo del 1 al
10%.

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA
BÁSICAS DEL PEPTIDOGLUCANO
 La unidad disacarídica repetitiva: es N-
acetilglucosamina (NAG) unida por enlace
ß(14) a N-acetilmurámico (NAM). Las
distintas unidades disacarídicas se van
uniendo entre sí por enlaces ß(14) entre el
NAM de una unidad y la NAG de la siguiente.
Este enlace es susceptible a la rotura
catalizada por el enzima lisozima. El número
de repeticiones (n) puede oscilar entre 10 y
100.


 La cadena tetrapeptídica: Desde el
grupo carboxilo de cada ácido NAM, y
mediante un enlace amido, se
encuentra unido el tetrapéptido. Un
tetrapéptido típico de muchas bacterias
es:
 L-alanina---D-glutámico---meso-
diaminopimélico---D-alanina


 La estructura global: Las distintas cadenas
polisacarídicas, con sus respectivos
tetrapéptidos, se unen entre sí por medio de
puentes o enlaces peptídicos, entre un
aminoácido de una cadena y otro aminoácido
de una cadena adyacente (la D-ala terminal).
De este modo, la estructura global es una
sola macromolécula gigante que envuelve
al protoplasto, formando un sáculo rígido, a
modo de tejido continuo, que tiene el
volumen y la forma de la bacteria respectiva.

EL PEPTIDOGLUCANO DE
BACTERIAS GRAM-POSITIVAS
 Esmás variado que el de Gram-
negativas, sobre todo en función de
ciertas variantes en la composición
del tetrapéptido y del tipo de enlaces
entre los tetrapéptidos.

BACTERIAS GRAM-POSITIVAS
Variantes en composición del tetrapéptido:
 En bacterias Corineformes:
1. el grupo -CO- en α del D-glu (2) puede estar
amidado o unido a una glicina (Gly);
2. el aa (1) puede ser Gly o L-Ser, en lugar de
la L-ala;
3. el hidroxilo en 6 del NAM puede estar
acetilado, lo que hace que el PG de estas
bacterias sea resistente a la lisozima.

Pared celular gram positiva
Á. tecóico

Á. lipotecóico

Pared celular en Archaea
 Poseen paredes con
pseudopeptidoglicano, formado por:
1. N-acetilglucosamina y
2. Ácido N- acetiltalosaminurónico.
3. Presenta enlaces glicosídicos β-1,3 en
vez de β-1,4

Pared celular en Archaea
 Otras poseen polisacáridos,
glicoproteínas o proteínas
(methanosarcina).
 Polisacáridos de glucosa, ácido
glucurónico, galactosamina y acetato.
 Proteínas paracristalinas con simetría
hexagonal, capas S.

Pared celular Gram -
A más del peptidoglicano (10%), poseen
una capa de lipopolisacáridos (bicapa
lipídica), que contiene polisacáridos y
protínas (LPS), conocido también como
membrana externa.
 Es relativamente permeable debido a la
presencia de las porinas, que actúan
como canales para sustancias
hidrofílicas de bajo peso molecular.

Composición de LPS
 Consta de dos porciones:
1. El núcleo del lipopolisacárido,
compuesto de Cetodesoxioctonato,
heptosas, gluc, gal y N-
acetilglucosamina
2. Polisacárido O específico, que consta
de gal, gluc, ramn y manosa, así
como dideoxiazúcares

Composición de LPS
 La parte lipídica se conoce como
lípido A y está formado por ácidos
grasos y el disacárido de N-
acetilglucosamina fosfato, unidos
mediante enlace aminoéster.
 Los ácidos grasos son:

Capróico, laurico, mirístico, palmítico
y esteárico

Membrana externa
 Es tóxica para la mayoría de los
animales, como por ejemplo:
Salmonella, Shigella y Escherichia.
 La toxicidad está ligada al
lipopolisacárido (lípido A)

Porinas
 Existe porinas específica e
inespecíficas (llenas de agua).
 Son proteínas que poseen tres
unidades idénticas (proteínas
transmembranales), que se asocian
formando poros de 1 nm de diámetro.
 Retiene algunas enzimas que se hallan
fuera de la membrana plasmática.

Periplasma
 Espacio ubicado entre la membrana
plasmática y la superficie interna de la
membrana externa (12-15 nm).
 Tiene consistencia gelatinosa por su
abundante
contenido de proteínas.

Pared celular Gram negativa

Lipopolisacári
dos

Lip. Prot
Brown

BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS
 En la mayor parte de Gram-negativas el
peptidoglucano corresponde a la
composición descrita. Sin embargo, en
las espiroquetas, el diaminoácido en
posición 3, en vez de ser meso-DAP,
está sustituido por la L-ornitina (que
también es un diaminoácido).

BACTERIAS GRAM-NEGATIVAS
 Elresultado es una capa simple de PG
(de 1 nm de espesor), a modo de malla
floja, y con grandes poros. Ello explica
el comportamiento de las bacterias
Gram-negativas en la tinción de Gram,
que tiñe a estas bacterias de rojo.

VARIANTES
 Muchas bacterias Gram-positivas
carecen de meso-DAP (3), y en su
lugar puede existir:
 LL-DAP
 L-diaminobutírico (DAB)
 L-lisina
 L-homoserina
 L-ornitina

Movimiento bacteriano
 Muchas bacterias son móviles gracias a
la disponibilidad de flagelos.
Son apéndices largos y finos (20 nm),
vistos solo al microscopio electrónico.
Según su disposición puede ser:
Monotricos, amfitricos, lofotricos y
peritricos

Estructura
 Su forma es helicoidal. Consta de :
Cuerpo basal, Gancho y Filamento
 Filamento. Está compuesto de proteína
llamada Flagelina ( en Archaea existen
varios tipos de flagelinas).
 En la base está dispuesto el gancho, que
une al filamento con la parte motora.
 El motor anclado en la membrana
citoplasmática y en la pared celular.Tiene
un eje central y un sistema de anillos.

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