1

MOVIMIENTO FLAGELAR Y ESTRUCTURAS DE SUPERFICIE E INCLUSIONES DE BACTERIAS

T. 3. Envolturas celulares (II)

2

Flagelo, fimbrias y pelos

Flagelo:Flagelo:

-Anclado a la membrana como a la pared.

-Aportan movilidad acuática a la bacteria.

-Es una estructura facultativa, pero no se indispensable por la vida.

-Ventaja ecológica.

-Estructura elástica y forma helicoidal.

Fimbrias:- Única proteína, permiten la adhesión específica o inespecífica de las bacterias. Pili sexual:

(puente de conjunción) -No tienen movilidad. -Función: transferencia de información genética (no cromosomal) entre una bacteria con pili

y una sin pili.- Ventaja ecológica -Es información genética extracromosomal.

3

Flagelos bacterianos

4

Gancho: estructura intermedia entre el filamento y la parte motora.

EJE CENTRAL-ROTOR:

-1º: Anillo L: Unido a la capa de la membrana externa que es rica en LPS.

-2º: Anillo P: relación directa con el peptidoglicano.

-3º: Anillo S: en el espacio periplásmico.

-4º: Anillo M: en la membrana plasmática.

Flagelo bacteriano

5

Flagelos bacterianos

6

Flagelo bacteriano

0.00017Km/h0.00017Km/h

5050--60 60 longitudeslongitudes

corporalescorporales desplazadasdesplazadas

por por segundosegundo

El El ganchogancho

uneune

el el filamentofilamento

a la a la parteparte motora del motora del flageloflagelo..

El motor del El motor del flageloflagelo

estestáá

ancladoanclado

en la en la membrana membrana citoplasmcitoplasmááticatica

y en la y en la paredpared

celularcelular, , estestáá

constituconstituíídodo

por un por un ejeeje central con central con anillosanillos..

MovimientoMovimiento

por por rotacirotacióónn

como una como una hhéélicelice..

La La energenergííaa

provieneproviene

de la de la fuerzafuerza

motrizmotriz generada por el generada por el gradientegradiente

de de protonesprotones..

7

Movimiento flagelar

-Movimiento de rotación, la energía proviene de la fuerza motriz del gradiente de protones.

-Los movimientos con flagelación polar y lofotrica

son distintos a los que poseen flagelación peritrica.

-Flagelación polar: rápido y con giros polares (unidireccionales y reversibles).

-Flagelación peritrica: en línea recta, lenta y continuada.

MovimientosMovimientos

del del flageloflagelo

y y ciliocilio

son son distintosdistintos..

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PolisacPolisacááridorido mucosomucoso

MovimientoMovimiento

de de las las proteproteíínasnas

de membranade membrana

Movilidad por deslizamiento

- Bacterias filamentosas o bacilares; el proceso requiere que exista contacto entre las células y la superficie sólida.

- Ej. cianobacterias filamentosas, mixobacterias, Cytophaga, Flavobacterium.

- Permite colonizar nuevos ambientes o interaccionar con otras células.

Cianobacterias filamentosas

F. johnsoniae

MECANISMOSMECANISMOS

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RESPUESTAS RESPUESTAS SENSORIALESSENSORIALES: TAXIAS: TAXIAS

RespuestaRespuesta

en presencia de en presencia de gradientesgradientes

de de agentesagentes

ffíísicossicos

o o ququíímicosmicos

1. Quimiotaxis1. Quimiotaxis: : respuestarespuesta

a a agentesagentes

ququíímicosmicos

RespuestaRespuesta

al al gradientegradiente

temporaltemporal

MecanismosMecanismos

reguladores a reguladores a nivelnivel

gengenééticotico

y y bioqubioquíímicomico

EjEj. . PseudomonasPseudomonas: : movimientomovimiento

en ambos en ambos sentidossentidos

RhodobacterRhodobacter sphaeroidessphaeroides: solo : solo tienentienen

flagelosflagelos

que que rotanrotan en un en un sentidosentido

ProteProteíínasnas

sensorassensoras: : quimirreceptoresquimirreceptores

que que interactinteractúúanan

con las con las proteproteíínasnas

citoplasmcitoplasmááticasticas

ES UN SISTEMA DE RESPUESTA SENSORIAL QUE DIRIGE LA ES UN SISTEMA DE RESPUESTA SENSORIAL QUE DIRIGE LA FUNCIFUNCIÓÓN FLAGELAR Y QUE SE REGULA QUN FLAGELAR Y QUE SE REGULA QUÍÍMICAMENTEMICAMENTE

10

RESPUESTAS RESPUESTAS SENSORIALESSENSORIALES: TAXIAS: TAXIAS

2. Fototaxis2. Fototaxis: : respuestarespuesta

a la a la luzluz

Fototaxis: Fototaxis: movimientomovimiento

a favor del a favor del gradientegradiente

de de luzluz

EscotofobotaxisEscotofobotaxis: la : la oscuridadoscuridad

afecta el afecta el estadoestado

energenergééticotico

de de la la bacteriabacteria

que que realizarealiza

una una volteretavoltereta

e e invierteinvierte

la la direccidireccióónn

El El fotorreceptorfotorreceptor

interacciona con las interacciona con las proteproteíínasnas

que que controlancontrolan

la la rotacirotacióónn

de los de los flagelosflagelos

3. 3. OtrasOtras

taxiastaxias

AerotaxiaAerotaxia: : movimientomovimiento

en en relacirelacióónn

al al oxoxíígenogeno

OsmotaxisOsmotaxis: ambientes de elevada : ambientes de elevada fuerzafuerza

iióónicanica

ADAPTACIADAPTACIÓÓNN, , COMPETICICOMPETICIÓÓNN, SUPERVIVENCIA, SUPERVIVENCIA

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CAPAS SUPERFICIALES PARACRISTALINAS (CAPA S)CAPAS SUPERFICIALES PARACRISTALINAS (CAPA S)

--Apariencia cristalina, disposiciApariencia cristalina, disposicióón hexagonal, tetragonaln hexagonal, tetragonal……

--FunciFuncióón??n??

Barrera de permeabilidad externaBarrera de permeabilidad externa

Elementos de protecciElementos de proteccióónn

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INCLUSIONES DE RESERVAINCLUSIONES DE RESERVA

--GrGráánulos de reserva de precursores estructurales para la nulos de reserva de precursores estructurales para la ssííntesis de macromolntesis de macromolééculas.culas.

--Acido poli Acido poli ββ--hidroxibuthidroxibutííricorico

(PHB) (poli (PHB) (poli ββ--hidroxialkanatoshidroxialkanatos, , PHA), reserva de C y energPHA), reserva de C y energíía.a.

--GlucGlucóógenogeno

--PolifosfatoPolifosfato

acumula fosfato inorgacumula fosfato inorgáániconico

--MagnetosomasMagnetosomas

son partson partíículas cristalina intracelulares del culas cristalina intracelulares del mineral hierro magnetita (mineral hierro magnetita (FeFe33

OO44

))

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VESVESÍÍCULAS DE GASCULAS DE GAS

--Disminuyen la densidad celularDisminuyen la densidad celular

--Responsables de la flotabilidad en Responsables de la flotabilidad en ArcheaArchea, , cianobacterias, bacterias rojas, verdes en lagoscianobacterias, bacterias rojas, verdes en lagos

--Membrana compuesta solo por proteMembrana compuesta solo por proteíínas (nas (GvpAGvpA y y GvpCGvpC))

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Estructuras de resistenciaGlicocalix

(Cápsula, capa mucosa)

-Adherencia o fijación de algunos microorganismos patógenos a sus hospedadores.

-Resistencia a ser fagocitadas por el sistema inmunitario.

-Resistencia a la desecación.

Funciones

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Estructuras de resistencia

Endosporas

-Resistencia a varios agentes físico-químicos (temp.

extremas, radiaciones ultravioletas, pH extremos, metales pesados, resistentes a la desinfección por agentes químicos, desecación).

-La actividad metabólica es 0. No gasta energía.

-Estructura latente o durmiendo.

-Capaz de germinar y dar lugar a una bacteria con capacidad de dividirse.

BacillusBacillus y y ClostridiumClostridium

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Estructuras de resistencia

Estructura de una endospora

exosporioexosporioCubierta de esporasCubierta de esporas

cortexcortex

ÁÁcido cido dipicoldipicolííniconico

+ Ca2+ + Ca2+ dipicolinatodipicolinato

ccáálcico (10%)lcico (10%)

NNúúcleo parcialmente deshidratado, aumenta cleo parcialmente deshidratado, aumenta la la termoresistenciatermoresistencia

Pequeñas proteínas ácido solubles de la espora (SASPs): protegen el DNA, fuente de C y energía

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Estructuras de resistencia

Formación de una endospora

(ESPORULACIÓN)

CondensaciCondensacióón del DNAn del DNA

Crecimiento del tabique de Crecimiento del tabique de la espora (invaginacila espora (invaginacióón)n)

esporaespora

FormaciFormacióón de la n de la prepre--esporaespora

DeshidrataciDeshidratacióón: aparicin: aparicióón del n del exosporioexosporio; formaci; formacióón del n del cortexcortex

entre las 2 membranasentre las 2 membranas

DeshidrataciDeshidratacióón, n, incorporaciincorporacióón de n de Ca2+, formaciCa2+, formacióón n de la capa de la capa cuticular, cuticular, producciproduccióón de n de proteproteíína y na y áácido cido dipicoldipicolííniconico

MaduraciMaduracióónn

Lisis de la cLisis de la céélula y lula y liberaciliberacióón de la n de la esporaespora

Bacillus Bacillus subtilissubtilis-- 8 horas8 horas

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Estructuras de resistencia

Formación de una endospora:

1.1.

SSííntesis de protentesis de proteíínas especnas especííficas.ficas.

2.2.

ActivaciActivacióón de diversos genes en repuesta a n de diversos genes en repuesta a estestíímulos ambientales que inducen esporulacimulos ambientales que inducen esporulacióón.n.

3.3.

Las proteLas proteíínas codificadas para estos genes nas codificadas para estos genes catalizan los cambios que conducen a la catalizan los cambios que conducen a la informaciinformacióón de una n de una endosporaendospora

deshidratada y deshidratada y

metabmetabóólicamentelicamente

inerte pero muy resistente, a partir inerte pero muy resistente, a partir de una cde una céélula vegetativa hidratada y lula vegetativa hidratada y metabmetabóólicamentelicamente

activa.activa.

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Estructuras de resistencia

Germinación de la endospora:

3 pasos:3 pasos:

1. 1. ActivaciActivacióónn:: calentamiento a una temperatura elevada.calentamiento a una temperatura elevada.

2. 2. GerminaciGerminacióón:n:

ppéérdida de refringencia, aumento en la rdida de refringencia, aumento en la capacidad de tincicapacidad de tincióón por colorantes, pn por colorantes, péérdida de la rdida de la resistencia al calor y a sustancias quresistencia al calor y a sustancias quíímicas.micas.

DesapariciDesaparicióón del n del dipicolinatodipicolinato

ccáálcico, componente del lcico, componente del cortexcortex

y degradaciy degradacióón de n de SASPsSASPs..

33. Crecimiento. Crecimiento: hinchamiento de la c: hinchamiento de la céélula (agua, DNA, RNA)lula (agua, DNA, RNA)

20

¿¿CuCuáánto tiempo puede nto tiempo puede sobrevivir una sobrevivir una endosporaendospora??

--ClostridiumClostridium aceticumaceticum, 34 a, 34 añños despuos despuéés comenzs comenzóó

a crecera crecer

--Recuperaron esporas viables de bacterias Recuperaron esporas viables de bacterias termtermóófilasfilas

del del ggéénero nero ThermoactinomycesThermoactinomyces en estratos de sedimento de un en estratos de sedimento de un lago de lago de MinesotaMinesota

con antigcon antigüüedad de 7000 aedad de 7000 aññosos

--1955: publicaron la resurrecci1955: publicaron la resurreccióón de n de endosporasendosporas

bacterianas bacterianas de 25de 25--40 millones de a40 millones de añños que estaban preservadas en los os que estaban preservadas en los intestinos de una abeja atrapada en intestinos de una abeja atrapada en áámbarmbar

--Aislamiento de bacterias halAislamiento de bacterias halóófilas formadoras de esporas a filas formadoras de esporas a partir de cristales salinos de salmuera de hace 250 millones partir de cristales salinos de salmuera de hace 250 millones de ade aññosos

Parece que las Parece que las endosporasendosporas

almacenadas en condiciones almacenadas en condiciones adecuadas pueden permanecer latentes y viables adecuadas pueden permanecer latentes y viables indefinidamenteindefinidamente

Protoplastos: es una célula vegetal, bacteriana o fúngica que ha perdido su pared celular para lo cual se usan métodos mecánicos o enzimáticos

Esferoplastos: Cuando sólo se elimina parcialmente la pared.Se han utilizado para estudiar los mecanismos de acción de los canales iónicos de su membrana plasmática

Celulasa, Celulasa, pectinasapectinasa

Presión osmótica

Temperatura

Luminosidad (vegetales) Medio de cultivo:

Micro y macronutrientesOsmóticos: sorbitol, manitol, sacarosa, glucosa, cloruro cálcico

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Usos de los protoplastos1. Transformación genética de bacterias y células vegetales.

2. Ingeniería genética de bacterias y en el estudio de la expresión temporal de genes en plantas.

3. Regeneración una planta completa usando micropropagación.

4. Mejoramiento genético vegetal: tejidos híbridos (plantas poliploides, plantas que posean cromosomas de distintas especies o variedades en una misma planta, a partir de la fusión de dos plantas diferentes).

5. En fitopatología: estudiar la etiología de los virus, hongos y bacterias patógenas y la obtención-selección de clones resistentes a diversos patógenos.

Transferencia genética

1. Electroporación

2.Tratamiento con polietilenglicol

3. Liposomas

2 variantes de protoplastos

en presencia de un fusógeno

Heterocarion

Protoplastos

vegetales

Regeneración de la planta

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PLANTAS TRANSGÉNICAS

Técnicas de modificación genética en cultivos celulares:

1.

Técnicas indirectas: transformación de células mediada por Agrobacterium tumefaciens.

2. Técnicas directas: la electroporación, microinyección, liposomas y métodos químicos

Precursor natural de los biotecnólogos

Luciferina+ATP + O2

LUZPlanta del tabaco

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1. Resistencia a herbicidas, a insectos y a enfermedades microbianas.

PLANTAS TRANSGÉNICAS

Resistencia a los insectos se utilizan cepas de Bacillus thuringiensis que producen una toxina (toxina

-

Bt)

dañina

para las larvas de muchos insectos

2. Incremento del rendimiento fotosintético

3. Mejora en la calidad de los productos agrícolas

4. Asimilación de nitrógeno atmosférico

Gen nif

responsable de la nitrogenasa, existente en microorganismos fijadores de nitrógeno

5. Síntesis de productos de interés comercialProducción de poliéster para la fabricación de plásticos biodegradables