Clasificación de Clasificación de los los

MicroorganismoMicroorganismoss

M. PAZ

UMG-2011

Siglo XIXSiglo XIX

Reino Plantae: Reino Plantae: – algas (inmóviles y fotosintéticas) algas (inmóviles y fotosintéticas) – hongos (inmóviles y no fotosintéticos), hongos (inmóviles y no fotosintéticos),

Reino AnimaliaReino Animalia– Infusorios (microorganismos móviles)Infusorios (microorganismos móviles)

organismos perfectos: dotados de todos los organismos perfectos: dotados de todos los sistemas orgánicos presentes en seres sistemas orgánicos presentes en seres superiores.superiores.

Divididos en metazoos, protozoos y bacteriasDivididos en metazoos, protozoos y bacterias

Cambios históricosCambios históricos

Haeckel (1866): introdujo reino ProtistaHaeckel (1866): introdujo reino Protista– Seres vivos sencillos, fotosintéticos y/o móvilesSeres vivos sencillos, fotosintéticos y/o móviles– Protozoos, algas, hongos y bacterias.Protozoos, algas, hongos y bacterias.

Copeland (1938): introdujo reino MoneraCopeland (1938): introdujo reino Monera– Separa a las bacterias.Separa a las bacterias.

Margulis (1969): introdujo reino Fungi y Margulis (1969): introdujo reino Fungi y reino Protoctista (m.o. eucariotas y reino Protoctista (m.o. eucariotas y parientes macroscópicos: mohos mucosos parientes macroscópicos: mohos mucosos no hongos).no hongos).

Woese (1977): ARQUEOBACTERIAS Y Woese (1977): ARQUEOBACTERIAS Y EUBACTERIASEUBACTERIAS

Taxonomía molecularTaxonomía molecular

Las bacterias forman el conjunto de los procariotas: ADN libre en el citoplasma y Las bacterias forman el conjunto de los procariotas: ADN libre en el citoplasma y no incluido en un núcleo. Reino Monera. no incluido en un núcleo. Reino Monera.

Los restantes organismos unicelulares se clasifican como eucariotas: genoma en Los restantes organismos unicelulares se clasifican como eucariotas: genoma en el núcleo:el núcleo:

Reino Protista: protozoos y algas unicelularesReino Protista: protozoos y algas unicelulares

Reino Hongos: microscópicos y macromicetosReino Hongos: microscópicos y macromicetos

Los virus constituyen un mundo aparte, ya que no pueden reproducirse por sí Los virus constituyen un mundo aparte, ya que no pueden reproducirse por sí mismos, sino que necesitan parasitar una célula viva para completar su ciclo mismos, sino que necesitan parasitar una célula viva para completar su ciclo vital.vital.

procariotas

ProcariotasProcariotas organización celular organización celular material genético (cromosoma circular de material genético (cromosoma circular de

ADN de doble hebra) inmerso en el ADN de doble hebra) inmerso en el citoplasmacitoplasma

Replicación: fisión binariaReplicación: fisión binaria carecen de orgánulos rodeados de carecen de orgánulos rodeados de

membrana membrana Ribosomas: coeficiente de sedimentación Ribosomas: coeficiente de sedimentación

de 70Sde 70S Citoplasma envuelto por una membrana Citoplasma envuelto por una membrana

celularcelular Pared celular de peptidoglicano, excepto Pared celular de peptidoglicano, excepto

las arqueas.las arqueas.

TAMAÑO: célula eucariota vrs célula procariota

TamañosTamaños

cocos bacilos espiroquetas

FORMAS DE LAS BACTERIAS

FormasFormas1. Cocos: (células más o menos esféricas);1. Cocos: (células más o menos esféricas);2. Bacilos: (en forma de bastón, alargados), que a su vez 2. Bacilos: (en forma de bastón, alargados), que a su vez

pueden tener varios aspectos: pueden tener varios aspectos: cilíndricos cilíndricos fusiformes fusiformes en forma de maza, etc. en forma de maza, etc. Según los tipos de extremos, éstos pueden ser:Según los tipos de extremos, éstos pueden ser:

redondeados (lo más frecuente), cuadrados, biselados, redondeados (lo más frecuente), cuadrados, biselados, afilados. afilados.

3. Espirilos: al igual que los bacilos, tienen un eje más largo 3. Espirilos: al igual que los bacilos, tienen un eje más largo que otro, pero dicho eje no es recto, sino que sigue una que otro, pero dicho eje no es recto, sino que sigue una forma de espiral, con una o más de una vuelta de hélice.forma de espiral, con una o más de una vuelta de hélice.

4. Vibrios: proyectada su imagen sobre el plano tienen forma 4. Vibrios: proyectada su imagen sobre el plano tienen forma de coma, pero en el espacio suelen corresponder a una de coma, pero en el espacio suelen corresponder a una forma espiral con menos de una vuelta de hélice.forma espiral con menos de una vuelta de hélice.

Otros tipos de formas:Otros tipos de formas: filamentos, ramificados o no anillos casi cerrados formas filamentos, ramificados o no anillos casi cerrados formas

con prolongaciones (con prostecas) con prolongaciones (con prostecas)

Formas Formas

cocos

espiroquetas

bacilos

vibrios

filamentosas

Superficie vs. volumenSuperficie vs. volumen

• la relación superficie/volumen (S/V) es muy alta.

• En una célula esférica: cuanto menor sea el radio (r) mayor será esta relación, lo que significa que el pequeño tamaño de las bacterias condiciona un mayor contacto directo con el medio ambiente inmediato que las rodea

• reciben las influencias ambientales de forma inmediata.

• condiciona una alta tasa de crecimiento.

• La velocidad de entrada de nutrientes y la de salida de productos de desecho es inversamente proporcional al tamaño de la célula, y a su vez, estas tasas de transporte afectan directamente a la tasa metabólica. Por lo tanto, en general, las bacterias crecen (se multiplican) de forma rápida.

Superficie vs. volumenSuperficie vs. volumen

Tamaño pequeño intercambio más eficiente, permite mayor velocidad metabólica

AgrupacionesAgrupaciones

Las bacterias normalmente se multiplican Las bacterias normalmente se multiplican por fisión transversal binaria. En muchas por fisión transversal binaria. En muchas especies, las células hijas resultantes de especies, las células hijas resultantes de un evento de división por fisión tienden a un evento de división por fisión tienden a dispersarse por separado al medio, debido dispersarse por separado al medio, debido a la actuación de fuerzas físicas a la actuación de fuerzas físicas (movimiento browniano). (movimiento browniano).

Esto hace que al observar al microscopio Esto hace que al observar al microscopio una población de estas bacterias veamos una población de estas bacterias veamos mayoritariamente células mayoritariamente células aisladasaisladas. .

Diplococos y diplobacilosDiplococos y diplobacilos

AgrupacionesAgrupaciones Si la tendencia a permanecer unidas es mayor y Si la tendencia a permanecer unidas es mayor y

por más tiempo, nos encontramos con varias por más tiempo, nos encontramos con varias posibilidades, dependiendo del número de posibilidades, dependiendo del número de planos de división y de la relación entre ellos: planos de división y de la relación entre ellos: – Estreptococos o estreptobacilosEstreptococos o estreptobacilos

Si existe más de un plano de división, en el caso Si existe más de un plano de división, en el caso de cocos podemos encontrar tres posibilidades: de cocos podemos encontrar tres posibilidades: – dos planos perpendiculares: dos planos perpendiculares: tétradastétradas o múltiplos o múltiplos – tres planos ortogonales: tres planos ortogonales: sarcinassarcinas (paquetes cúbicos) (paquetes cúbicos) – muchos planos de división: muchos planos de división: estafilococosestafilococos (racimos (racimos

irregulares). irregulares). Bacilos: en empalizada, en V o L, “letras Bacilos: en empalizada, en V o L, “letras

chinas”.chinas”.

Estructura celularEstructura celular

Pared celularPared celular

Bacteria: Bacteria: – Gram positivoGram positivo– Gram negativoGram negativo– Sin paredSin pared

Archaea: Archaea: – Diversas estructurasDiversas estructuras– Sin paredSin pared

Funciones de la paredFunciones de la pared

Rigidez (mantener la forma, evitar la Rigidez (mantener la forma, evitar la lisis).lisis).

Comunicación con el medio exterior.Comunicación con el medio exterior. Puede estar involucrada en Puede estar involucrada en

patogenicidad (LPS)patogenicidad (LPS) Barrera para algunas moléculas. Barrera para algunas moléculas. Espacio periplásmico (enzimas de Espacio periplásmico (enzimas de

transporte, hidrolíticas, etc.)transporte, hidrolíticas, etc.)

Formación de protoplastosFormación de protoplastos

Mediante procedimientos de laboratorio Mediante procedimientos de laboratorio se puede lograr eliminar total o se puede lograr eliminar total o parcialmente la pared celular bacteriana. parcialmente la pared celular bacteriana.

Se denominan Se denominan protoplastosprotoplastos las células las células bacterianas a las que se ha desprovisto bacterianas a las que se ha desprovisto totalmente de pared celular, mientras totalmente de pared celular, mientras que que esferoplastosesferoplastos son aquellas células son aquellas células bacterianas que poseen restos de pared. bacterianas que poseen restos de pared.

Formación de Protoplastos Formación de Protoplastos

Alta concentración de solutos

Lisozima -- proteína que rompe el enlace glicosídico 1-4 en el peptidoglicano

Baja concentración de solutos

Gram + Gram-Bacteria

Estructura del PeptidoglicanoEstructura del Peptidoglicano

Pared Celular Gram PositivoPared Celular Gram Positivo

Otros compuestos químicos Otros compuestos químicos característicos de la pared de característicos de la pared de

Gram+Gram+

Ácidos TeicoicosÁcidos Teicoicos– Polímero de alcohol Polímero de alcohol

(ribitol o glicerol)(ribitol o glicerol) Ácidos TeicurónicosÁcidos Teicurónicos Ácidos LipoteicoicosÁcidos Lipoteicoicos

– Polímero de 16 a 40 Polímero de 16 a 40 unidades de glicerol unidades de glicerol unido a un glicolípidounido a un glicolípido

Ácidos MicólicosÁcidos Micólicos

Membrana Externa de Gram NegativosMembrana Externa de Gram Negativos

Porinas - proteínas que permiten el pasaje de moléculas pequeñas a través de la membrana

- específicas e inespecíficas

Lipopolisacárido (LPS)Lipopolisacárido (LPS)

• Lípido A (NAG-P + grupos acilos) • Núcleo del polisacárido

– contiene KDO (cetodesoxioctonato) y otros carbohidratos (ramnosa, ácido galacturónico)

– usualmente específico de especies • O-antígeno

– número de repeticiones variables – también contiene carbohidratos – específico de cepa

• A menudo tóxico para animales - endotoxina• Crea superficies densamente hidrofílicas

Funciones del Periplasma Funciones del Periplasma ((E. coli)E. coli)

•Proteínas de periplasma de E. coli•Proteínas de unión para aminoácidos

• histadina, arginina•Enzimas de biosíntesis •Ensamblado de mureína•Enzimas de degradación de polímeros

•proteasas •Enzimas detoxificantes

•Beta-lactamasas: penicilinasa

Algunas bacterias no poseen pared

• Mycoplasma

• Membrana celular más gruesa

• pueden tener esteroles y lipoglicanos.

• Pleomórficos

Pared celular de ArchaeaPared celular de Archaea

No contiene peptidoglicanoNo contiene peptidoglicano Puede ser dePuede ser de

– pseudopeptidoglicano (pseudomureína) pseudopeptidoglicano (pseudomureína) tiñe G+tiñe G+

– pseudomureína cubierta de proteína, tiñe pseudomureína cubierta de proteína, tiñe G+G+

– monocapa superficial de proteína o monocapa superficial de proteína o glicoproteína, sin pseudomureína (halófilos, glicoproteína, sin pseudomureína (halófilos, metanogénicos y termoacidófilos) tiñe G -metanogénicos y termoacidófilos) tiñe G -

Existen Archaea sin paredExisten Archaea sin pared

Pseudopeptidoglicano de Pseudopeptidoglicano de Archaea Archaea

Funciones de la paredFunciones de la pared

Rigidez y resistencia osmótica (mantener Rigidez y resistencia osmótica (mantener la forma, evitar la lisis).la forma, evitar la lisis).

Comunicación con el medio exterior.Comunicación con el medio exterior. Puede estar involucrada en patogenicidad Puede estar involucrada en patogenicidad

(LPS)(LPS) Barrera para algunas moléculas (porinas Barrera para algunas moléculas (porinas

en gram negativos). en gram negativos). Espacio periplásmico (enzimas de Espacio periplásmico (enzimas de

transporte, hidrolíticas, etc.)transporte, hidrolíticas, etc.)

Estructura:Estructura: Bicapa fosfolipídica con proteínas Bicapa fosfolipídica con proteínas

embebidas; puede contener también embebidas; puede contener también hopanoides de estructura similar al hopanoides de estructura similar al colesterol.colesterol.

En Archaea, éteres de alcohol En Archaea, éteres de alcohol isoprenoide, algunas forman monocapas. isoprenoide, algunas forman monocapas.

La membrana celularLa membrana celular

Estructura de la Estructura de la Membrana CitoplasmáticaMembrana Citoplasmática

Membrana citoplásmicaMembrana citoplásmica

Los lípidos en Bacteria y Archaea Los lípidos en Bacteria y Archaea tienen diferentes enlaces químicostienen diferentes enlaces químicos

Ester - Bacteria Eter - Archaea

Isopreno

Funciones de Membrana Funciones de Membrana CitoplasmáticaCitoplasmática

Barrera de PermeabilidadBarrera de Permeabilidad– sólo moléculas pequeñas, sin carga, sólo moléculas pequeñas, sin carga,

hidrofóbicas, pueden atravesar la membrana hidrofóbicas, pueden atravesar la membrana por difusión.por difusión.

Ancla de Proteínas Ancla de Proteínas – transporte, generación de energía, quimiotaxistransporte, generación de energía, quimiotaxis

Generación de fuerza proton motrizGeneración de fuerza proton motriz En fotEn fotóótrofas: trofas: Estructuras iEstructuras intracitoplasmáticas, ntracitoplasmáticas,

soportan el aparato fotosintéticosoportan el aparato fotosintético(Vesículas y túbulos)(Vesículas y túbulos)

Síntesis de pared y estructuras extracelulares.Síntesis de pared y estructuras extracelulares.

Membrana Membrana citoplasmática de citoplasmática de E. E.

colicoli

Estructura celular procariota - ADNEstructura celular procariota - ADN No tiene núcleo. El ADN está en el citoplasmaNo tiene núcleo. El ADN está en el citoplasma

– ““nucleoide”: zona que ocupa el ADNnucleoide”: zona que ocupa el ADN

Es haploide. Es haploide. – Genoma es una única molécula de ADN de doble Genoma es una única molécula de ADN de doble

cadena, circular.cadena, circular.

El genoma contiene 1 - 6 x 10El genoma contiene 1 - 6 x 1066 pares de bases (bp) pares de bases (bp) – procariotas de vida libre: 1000-5000 genesprocariotas de vida libre: 1000-5000 genes

No contiene histonas (proteínas para No contiene histonas (proteínas para empaquetamiento de ADN).empaquetamiento de ADN).

Puede contener otros elementos genéticos no Puede contener otros elementos genéticos no genómicosgenómicos: plásmidos y genomas fágicos. : plásmidos y genomas fágicos.

ProcariotasProcariotas

No tienen No tienen membrana membrana nuclearnuclear

ADN Cromosómico ADN Cromosómico

–No hay procesamiento del ARNm

–La transcripción está ligada a la traducción.

–ADN circular cerrado

–Superenrrollado.

CitoplasmaCitoplasma

Proteínas (enzimas, complejos Proteínas (enzimas, complejos enzimáticos, estructurales)enzimáticos, estructurales)

Ribosomas Ribosomas (70S: 55 proteínas, rARN 5S, (70S: 55 proteínas, rARN 5S, 16S, 23S)-16S, 23S)- polisomas polisomas

mARN, tARNmARN, tARN Otras macromoléculas, solutosOtras macromoléculas, solutos Sin estructura visible al microscopioSin estructura visible al microscopio No tienen citoesqueleto.No tienen citoesqueleto.

Estructuras característicasEstructuras características

Estructuras con funciones específicas.Estructuras con funciones específicas. No todos los microorganismos las tienen.No todos los microorganismos las tienen. Son características de género y especie Son características de género y especie

(taxonomía)(taxonomía) Ejemplos: Ejemplos:

– fimbrias, flagelo, pili, endospora, cápsula, fimbrias, flagelo, pili, endospora, cápsula, inclusiones citoplasmáticasinclusiones citoplasmáticas

Fimbrias - PiliFimbrias - Pili

Fimbria - filamento proteico corto, Fimbria - filamento proteico corto, involucrado en funciones de involucrado en funciones de adhesión a superficies.adhesión a superficies.

Pelo sexual - unión a célula Pelo sexual - unión a célula receptora durante la conjugación.receptora durante la conjugación.

FlagelosFlagelos

Más de 40 genes involucradosLa energía la proporciona la fuerza protomotriz

Sólo detectados por técnicas de tinción específicas

Flagelos

Barra 0,5 micras

Anaerobaculum mobile sp. Flagelo insertado lateralmente

EndosporaEndosporass

Resistencia al calor, radiación, desecación.Resistencia al calor, radiación, desecación. Producidas principalmente por los géneros Producidas principalmente por los géneros BacillusBacillus y y

ClostridiumClostridium Permite la supervivencia en ambientes desfavorablesPermite la supervivencia en ambientes desfavorables ADN protegido por ácido dipicolínico y proteínasADN protegido por ácido dipicolínico y proteínas.. Luego de la activación por stress, la disponibilidad de Luego de la activación por stress, la disponibilidad de

nutrientes dispara la germinación y el crecimientonutrientes dispara la germinación y el crecimiento La localización de la espora en la célula puede ser La localización de la espora en la célula puede ser

usada para su identificaciónusada para su identificación

Estructura de la esporaEstructura de la espora

Formación de esporasFormación de esporas

A- el ADN se duplica y enrolla alrededor del eje central A- el ADN se duplica y enrolla alrededor del eje central (filamento axial)(filamento axial)

B- Uno de los cromosomas se rodea de membrana B- Uno de los cromosomas se rodea de membrana plasmática.plasmática.

C- el protoplasto es rodeado por la célula madreC- el protoplasto es rodeado por la célula madreD- se sintetizan las cubiertas de la espora.D- se sintetizan las cubiertas de la espora.E- se elimina agua, se forma estructura resistente al calor.E- se elimina agua, se forma estructura resistente al calor.F- se libera la espora por lisis de la célula madre.F- se libera la espora por lisis de la célula madre.En En B. subtilisB. subtilis 6-7 horas, 50 genes. 6-7 horas, 50 genes.

Inclusiones Inclusiones citoplasmáticascitoplasmáticas

Algunas bacterias tienen estructuras internasAlgunas bacterias tienen estructuras internas– gránulos de almacenamiento - gránulos de almacenamiento -

polifosfato,azufre, polihidroxibutirato (PHBs)polifosfato,azufre, polihidroxibutirato (PHBs)– vesículas de gas – flotaciónvesículas de gas – flotación– Carboxisomas, clorosomas. Carboxisomas, clorosomas.

Gránulos de polihidroxibutirato (PHBs)

vesículas de gas

flotación

Cubiertas Cubiertas extracelularesextracelulares

Glicocálix: Material externo a la pared celular Glicocálix: Material externo a la pared celular – Cápsulas - Material en la superficie celularCápsulas - Material en la superficie celular– Capas mucilaginosas - Material adherido, menos Capas mucilaginosas - Material adherido, menos

fuertementefuertemente– Capa S: Subunidades proteicas o glicoproteicas. Capa S: Subunidades proteicas o glicoproteicas.

G+, G- y Archaea G+, G- y Archaea Pueden constituir la paredPueden constituir la pared

FuncionesFunciones– Protección contra defensas Protección contra defensas deldel huésped (fagocitosis) huésped (fagocitosis)– Protección contra desecaciónProtección contra desecación– Protección contra virus, toxinasProtección contra virus, toxinas– Adhesión a superficies (células, objetos inanimados) Adhesión a superficies (células, objetos inanimados)

formación de biofilms.formación de biofilms.

GlicocálixGlicocálix

Tinción negativa

Microscopía electrónica

El árbol filogenético universal

Diferencia entre la estructura celular de Bacteria, Archaea y Eucarya

Propiedad Bacteria Eucarya Archaea

Membrana nuclear

NO SI NO

Organelos NO SI NO

Tamaño ribosoma

70S 80S 70S

Peptidoglicano en la pared

SI NO NO

Esteroles en membrana

NO (hopanoides)

SI SI

Lípidos de membrana

Ester unidos a glicerol

Ester unido a glicerol

Eter, ramificados

¿Cómo se estudia?¿Cómo se estudia?

Microscopía (óptica y electrónica)Microscopía (óptica y electrónica) Análisis químicos y bioquímicosAnálisis químicos y bioquímicos Estudios genéticos (mutaciones)Estudios genéticos (mutaciones)

– BIOLOGÍA MOLECULARBIOLOGÍA MOLECULAR– BIOTECNOLOGÍABIOTECNOLOGÍA