CELULAS PROCARIOTAS

BIOLOGÍA GENERAL

UNIDAD TEMATICA #3Citología: ESTRUCTURA Y

FUNCIÓN DE LA CELULA PROCARIOTA Y EUCARIOTICA

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA2013

La Biología se define a través

de una jerarquización

biológica

1600. A. H. Lippershey, Z. Janssen y H. Janssen (padre e hijo). Se les atribuye la invención del microscopio compuesto, es decir, colocar dos lentes de aumento, una a cada lado de un tubo.

1610. Galileo Galilei describe la cutícula de los insectos.

¿Por qué se llama célula?

1664 Robert Hooke (físico, metereólogo, biólogo, ingeniero, arquitecto) publicó un libro llamado Micrographia, donde describe la primera evidencia de la existencia de las células.Cellulae: del latín cella=hueco pequeño. Corcho.

Alcornoque

1670 A. van Leeuwenhoek construyó en la misma época microscopios simples, con una sola lente, pero con una perfección que le permitió alcanzar los 270 aumentos, más de lo que los microscopios compuestos ofrecían por aquella época.

 1820, Robert Brown, un botánico observó una zona oscura dentro de las células a la que denominó núcleo.

Un botánico Schleiden (1804-1881) y un zoólogo Schwann (1810-1882) recogieron las observaciones y descripciones realizadas en vegetales y animales y formularon en 1839 el principio básico de la Teoría Celular.

Dos investigadores alemanes, Robert Remarck (1815-1865) y Rudolph Virchow (1821-1902) formularon la siguiente afirmación: toda célula procede de otra célula.

que todos los tejidos vegetales estaban formados por células. Al año

siguiente, otro alemán, el zoólogo Theodor Schwann extendió las conclusiones de Schleiden hacia

los animales y propuso una base celular para toda forma de vida.

Todos los organismos vivos están formados por una o más células. La estructura del organismo como un todo se debe a la especial disposición de sus células y de las estructuras que éstas generan. (La célula como unidad Estructural).

Las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células. (La célula como unidad funcional).

Toda célula procede de la división de otra anterior. (La célula como unidad de origen).

Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula hija.

Teoría celular

La célula es la unidad anatómica, de origen, funcional y genética de los

seres vivos.

CÉLULA

Dos reinos (Linneo s. XVIII): Planta y animal

Tres reinos(Haeckel s. XIX): Planta, animal y protisto

Cinco reinos(Whittaker 1969): animal, plantas,hongos, protistos y monera.

Seis reinos(Karl Woose 1991) y tres dominios

Sistema de clasificación de los seres vivos

http://cmapspublic.ihmc.us/servlet/SBReadResourceServlet?rid=1306559742428_218556193_37756&partName=htmltext

CARACTERISTICAS GENERALES DE PROCARIOTAS

Célula procariótica

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Células procarióticas

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Tamaños, formas y patrones de agregación celular variados

Cocos Bacilos Espirales

Tamaño variado Algunos

micoplasmas 300 nm

Escherichia coli 1000- 1500 x

2000- 6000 nm

161 µ equivale a 10.000 Aº y un nanómetro (nm) es igual a 10Aº

0,5 A 2 µm

NANOBACTERIAS?? 0,1 µm

¿Nanobacterias?

< 200 nm

18

Una hipotética forma de vida microscópica, en forma de microrganismo de pared celular análogo a bacterias

Morfología

19

20http://www.ucmp.berkeley.edu/bacteria/spirochetes.html

Espiroquetas

21

Espirilos

 The ends of two cells of Spirillum volutans displaying the polar flagellar fascicles. From Krieg.

Pleomórficas

22

23

Nombre Función

Membrana celular Delimitación celular, barrera de permeabilidad, transporte, metabolismo

Citoplasma Procesos metabólicos, síntesis de proteínas

Nucleoide Localización de los cromosomas. Circular 1 solo

Cuerpos de inclusión, vacuolas gaseosas

Almacenamiento

Ribosomas Síntesis de proteínas

Espacio periplásmico

Procesamiento de nutrientes, biosíntesis de pared, transporte y secreción

Estructuras características

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Nombre Función

Pared celular Protección, confiere forma

Fimbrias y pilis Adhesión, taxis

Flagelos Taxis

Glicocalix: Cápsula Limo

Adhesión, protección

Capas S Archeas sustituye a la pared, Protección contra los bacteriófagos y la fagocitosis. Resistencia a pH bajos.Barrera para las sustancias de alto peso molecular (por ejemplo, enzimas líticas).

Plásmidos DNA extracromosomal

Archaios, ancient, (viejo,ancestral) Gram (+), Gram (-) Diversidad fisiológica

Anaeróbicos, aeróbicos, facultativos, organótrofos. (ERC) Simbiontes aparato digestivo animales

Diversidad morfológica Esféricas, bacilares, espirales, forma de plato, formas

irregulares, pleomorficas Solas, agregadas, filamentosas

Tamaño: 0.1- 15 mm, algunos filamentos 200 mm

Multiplicación asexual Fisión binaria, fragmentación y gemación,

25

Archaea

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Membrana plasmática Comunicación con el medio ambiente Invaginaciones- estructuras membranosas

internas Componentes:

Fosfolípidos, otros lípidos, proteínas % proteínas> que en eucariotes

27

Membrana celular eubacterias

30

Fosfolípidos

31

Membrana eubacterias

32

33

34

Membranas de las Archaea

• Eteres• Quiralidad del glicerol• Isopreno, familia de los

terpeno• Cadenas ramificadas

Eteres, Monocapa / bicapa

35

Membranas de las Archaea

Matriz citoplasmática

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Inclusiones orgánicas

Gránulos de cianoficina

Carboxisomas (fijación de CO2)

Vacuolas gaseosas: Gránulos de sacáridos:

glucosa con enlaces a 1→4

almidón Gránulos de lípidos

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Ribosomas

Composición: RNA y proteínas

Función: Síntesis de proteínas

Estructura 70S vs 80S

Subunidad grande: 50S Subunidad

pequeña:30S

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Nucleoide

Otros nombres: Cuerpo nuclear,

cuerpo de cromatina, región nuclear

Región irregular Se localiza(n) el

(los) cromosoma (s) No se encuentra

unido a membrana

39

40

DNA circular o lineal pequeño41

Plásmidos

Replicación de DNAReplicación de DNAReplicación de DNAReplicación de DNAReplicación de DNAReplicación de DNA

Pared celular

Estructura rígida ubicada sobre la membrana celular

Presión osmótica Forma Patogenicidad Protección

42

Pared Celular

43

44

45

Pared de Gram positivas:Ácidos teicoicos

• polímeros de gliceroly ribitol unidos por fosfatos

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Pared de Gram negativas

• Lipoproteínas de Braun

• Sitios de adhesión– De contacto

directo entre la membrana interna y la membrana externa

• ME permeable que la MI debido a la presencia de porinas (600-700 daltons) y proteínas de transporte

Eubacterias se dividen en dos grupos con base en tinción de Gram: gram-positivas

bacterias, tiñen violeta

gram-negativas bacterias, tiñen rosado

47

Tinción de Gram

48

Glicocalix

Cápsulas Polisacárido y

polipéptido organizado, difícil de remover

Limo: Polisacárido

desorganizado, fácil de remover.

49

Demostrar la presencia de cápsula Procedimiento:

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Tinción negativa

Colocar gotas suspensión bacteriana en portaobjeto

Mezclar con gotas de tinta china o nigrosin

Extender la suspensión sobre la placa con la ayuda de otro portaobjetos

Opcional: contrateñir con fucsina o safranina

51

52

Capas S

Protección contra los bacteriófagos y la fagocitosis.Resistencia a pH bajos.Barrera para las sustancias de alto peso molecular (por ejemplo, enzimas líticas).Adherencia .Estabilización de la membrana.

Pili y Fimbrias

Fimbria (fimbriae; s., fimbria) apéndices cilíndricos

1,000/célula bacterias Gram (+) y (-),

archaeas

Pili sexual (s., pilus) largos y gruesos, menos

numerosos (1-10/cel) conjugación

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Transformación

Transducción

Conjugación

56Fimbriae of Neisseria gonorrhoeae mallow the bacterium to adhere to tissues. Electron micrograph by David M. Phillips, Visuals Unlimited, with permission.

Flagelos

Composición: filamento cuerpo basal gancho

57

Flagelos

58

REP

RO

DU

CC

IÓN

B

AC

TER

IAN

AS

Forma diferenciada de algunas bacterias

Durmiente- Supervivencia Resistente a condiciones adversas

calor radiación químicos desecación

61

Endospora bacteriana

62

Germinación

Conversión de la endospora en célula vegetativa activa

Proceso complejo multipasos

63

Prescott L.M., Harley H.P., Klein D.A. Procariotic Cell Structure and Function. In: Microbiology. 6th Ed. McGraw-Hill

Tortora G.J., Funke B.R., Case C.L. Observing Microorganisms Through a Microscope. In: Microbiology: an introduction. 9th Ed. Pearson-Benjamin Cummings.

IBID. Functional anatomy of prokaryotic and eukaryotic cells.

Lodish H et al. 6th Ed. W.H Freeman and Company

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Referencias empleadas

Metabolismo bacteriano

Una característica de los seres vivos es la capacidad para sintetizar sus propios constituyentes a partir de nutrientes que toman del medio externo

INTRODUCCIÓN

Estas moléculas a su vez forman parte de estructuras celulares más complejas

Las bacterias son seres vivos y están compuestas al igual que las células eucariotas por proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos

Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre .

Los aminoácidos son compuestos orgánicos sencillos de bajo peso molecular, que al unirse entre sí forman las proteínas.Químicamente están formados por C, H, O y N y su fórmula general es NH2-CHR-COOH.

Carbohidratos Son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. La glucosa, el glucógeno y el almidón.

Permite conocer el modo de vida y el hábitat de diferentes especies bacterianas.

Permite formular medios de cultivo para el aislamiento e identificación de los patógenos participantes.

Desde el punto de vista terapéutico nos permite conocer y entender el modo de acción de algunos antimicrobianos que bloquean una vía metabólica o la síntesis de alguna macromolécula esencial para la bacteria.

El conocimiento de la fisiología y del metabolismo bacteriano tiene algunas aplicaciones prácticas

:

Conjunto de reacciones químicas que tiene lugar en la célula.

Objetivos: Obtención de energía útil (ATP) para la célula, a partir de la

luz, de las sustancias inorgánicas (quimiosíntesis)o moléculas orgánicas.

Convertir nutrientes exógenos en precursores de macromoléculas.

Construcción de macromoléculas propias a partir de dichos precursores.

Formación y degradación de las macromoléculas de biomoléculas, como hormonas, neurotransmisores, proteínas y lípidos de membrana, etc.

Metabolismo

CATABOLISMO Y ANABOLISMO

El metabolismo tiene lugar a través de secuencias de reacciones catalizadas enzimáticamente, y se divide en anabolismo y catabolismo.

Anabolismo: El proceso por el cual la célula bacteriana sintetiza sus propios componentes y como resulta en la producción de nuevo material celular, también se denomina biosíntesis.

Catabolismo: El conjunto de reacciones degradativas de los nutrientes para obtener energía o para convertirlos en unidades precursoras de la biosíntesis.

Las reacciones catabólicas resultan en la liberación de la energía química contenida en los nutrientes, mientras que las anabólicas la consumen.

Tip

os d

e

meta

bolism

o

nu

tric

ión

b

acte

rian

a

según la forma en la que el organismo obtiene el carbono

para la construcción de la masa celular

según la forma en la que el organismo obtiene los

equivalentes reductores para la conservación de la energía o en

las reacciones biosintéticas

según la forma en la que el organismo obtiene la energía para

vivir y crecer

 1.Según la forma en la que el organismo obtiene el carbono para la construcción de la masa celular FUENTE DE CARBONO:

Autótrofo. El carbono se obtiene del dióxido de carbono (CO2).

Heterótrofo. El carbono se obtiene de compuestos orgánicos (glucosa, por ejemplo).

2. Según la forma en la que el organismo obtiene los equivalentes reductores para la conservación de la energía o en las reacciones biosintéticas FUENTE DE ELECTRONES :

Litotrofo. Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos inorgánicos.

Organotrofo. Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos orgánicos.

3. según la forma en la que el organismo obtiene la energía para vivir y crecer FUENTE DE ENERGÍA:

Quimiotrofo. La energía se obtiene de compuestos químicos externos.

Fototrofo. La energía se obtiene de la luz.

La energía liberada como resultado de las reacciones de óxido-reducción del catabolismo debe ser almacenada y transportada de algún modo. MONEDAS ENERGÉTICAS.

El compuesto fosfato de alta energía más importante en los seres vivos es el adenosintrifosfato (ATP).

Este se genera en la célula bacteriana por 2 procesos diferentes, llamados: fosforilación a nivel del substrato y fosforilación oxidativa.

Metabolismo energético

Todos los procesos que ocurren en la célula o bacteria requieren de energía. Esta energía está almacenada como moléculas de ATP, que se forma a partir de ADP y fosfato inorgánico.

Almacenamiento de la energía

Monedas energéticas Moléculas de alta

energía y potencial de transferencia de grupo

79

Figure 8.2

En el catabolismo se distinguen tres fases, en la primera, las macromoléculas se degradan hasta sus unidades constitutivas, en la segunda fase, estas son transformadas por una serie de reacciones enzimáticas en Acetil Coenzima A (Acetil CoA), y en la tercera fase, la Acetil CoA ingresa al Ciclo de Krebs, donde se libera CO2 y H2O. este proceso catabólico va acoplado a un proceso de liberación de energía.

Es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir adenosín

trifosfato (ATP).

Fermentación

Una vez que la glucosa ha sido degradada a ácido pirúvico, éste compuesto puede experimentar una degradación completa durante la respiración, o se puede convertir en un producto orgánico durante la fermentación.

Es un proceso generador de ATP en el cual las moléculas experimentan oxidación y el aceptor final de electrones es, casi siempre, una molécula inorgánica.

Un rasgo esencial de la respiración es la presencia de una cadena transportadora de electrones. Existen dos tipos de respiración que dependen de si el organismo es aerobio, es decir que utiliza O2, o si es anaerobio, es decir que no necesita O2, e incluso el O2 puede destruirlo.

En la respiración aerobia el aceptor final de electrones es el O2, en la respiración anaerobia el aceptor de electrones es una molécula inorgánica distinta al O2, y muy raramente una molécula orgánica.

Respiración celular

Membrana interna de mitocondrias Membrana celular de procariotes Tipos de respiración Aeróbica

O2→H2O

Anaeróbica N2O (oxido nitroso)→ N

Respiración

Membrana interna mitocondrias Membrana celular procariotes Aceptor final de electrones es el O2

Produce > ATP Procariotes aeróbicos

Respiración aeróbica

Respiración anaeróbica

Aceptores finales de electrones diferentes del O2

Produce menos energía que la aeróbica

Transportadores de electrones membrana interna de mitocondrias

Figure 9.14Transferencia de e- se acompaña conel movimiento de protones a través de la membrana

Diferencia grande entre E0 de NADHy E0 de O2

Proteínas estructurales transportadoras de e-

• Oxidoreductasas• Constituidas por una parte proteica y

una no proteica (grupo prostético)• El grupo prostético transporta

electrones• El grupo prostético puede o no,

transportar hidrógeno

Las flavoproteínas son proteínas que contienen un nucleótido derivado de la vitamina B2: la flavín adenín dinucleótido (FAD) o flavín mononucleótido (FMN).

Flavoproteínas

Citocromos

Usan hierro para transferir electrones

Grupo prostético grupo heme

Citocromos a, b, c, y d

Quinonas

•En eubacterias: Ubiquinonas

Menaquinonas

Transportadores estructurales lipídicos

Rx redox acopladas al transporte de e-

Transfieren e- de una pareja de potencial menor a una de potencial mayor

Son exergónicas

Se resumen en :NADH + H+ + ½ O2 <=> NAD+ + H2O

Potencial de reducción estandar (E0)

Constante de equilibrio para una reación REDOX

Medida de la tendencia de un agente reductor(aquel que se oxida) a perder electrones

- E0 mejor donador de electrones

+E0 mejor aceptor de electrones

Se utiliza como estandar de referencia el electrodo del hidrógeno estandar (25oC, pH 7, concentración del donador y aceptor 1M).

Figure 8.7

A mayor diferenciaentre E0 del donadory la E0 del aceptor Go más negativa

movement of protonsestablishesPMF

ATP synthaseuses protonflow downgradient to make ATP

Retorno de protones

Balance neto GLUCÓLISIS: glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ---> 2 piruvatos + 2 ATP + 2 (NADH + H+)

Balance de una vuelta CICLO DE KREBS: Acetil-CoA (2-C) + 3 NAD+ + FAD -------> 2 CO2 + 3NADH + FADH2 + ATP

Balance para una molécula de glucosa que se convierte en 2 piruvatos, luego en 2 Acetil-CoA y luego a CO2 en la vía el ciclo de los ácidos tricarboxílicos , con todo el NADH y el FADH convertidos en ATP por la respiración: 1 glucosa + 38 ADP + 38 Pi -------> 6 CO2 + 38 ATP 

Nota: 2 de los NADH son formados en el citoplasma durante la glicólisis. Para ser transportados a la matriz mitocondrial para ser posteriormente oxidado por la cadena transportadora de electrones, tienen que pasar por medio de transporte activo al interior de la mitocondria , Esto "cuesta" 1 ATP por NADH.

Por lo tanto el balance final resulta en 36 ATP por glucosa y no 38 ATP.

Numerosos productos químicos pueden bloquear la transferencia de electrones en la cadena respiratoria, o la transferencia de electrones al oxígeno. Todos ellos son potentes venenos, entre ellos:

Monóxido de Carbono -- se combina directamente con la citocromo oxidasa terminal, y bloquea la entrada de oxígeno a la misma.

Cianuro (CN-) se pega al hierro del citocromo e impide la transferencia de electrones.

Inhibidores de la Fosforilación oxidativa

Explique el proceso de fotosíntesis como productor de energía química.

Esquematice, quiz proxima clase

mariaisa.zabala@gmail.com karenm295@hotmail.com

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