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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
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Una hipotética forma de vida microscópica, en forma de microrganismo de pared celular análogo a bacterias
Morfología
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20http://www.ucmp.berkeley.edu/bacteria/spirochetes.html
Espiroquetas
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Espirilos
The ends of two cells of Spirillum volutans displaying the polar flagellar fascicles. From Krieg.
Pleomórficas
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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,
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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
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Membrana celular eubacterias
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Fosfolípidos
31
Membrana eubacterias
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33
34
Membranas de las Archaea
• Eteres• Quiralidad del glicerol• Isopreno, familia de los
terpeno• Cadenas ramificadas
Eteres, Monocapa / bicapa
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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
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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
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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
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Tinción de Gram
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Glicocalix
Cápsulas Polisacárido y
polipéptido organizado, difícil de remover
Limo: Polisacárido
desorganizado, fácil de remover.
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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
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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
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