Diversidad Procariota: Dominio Bacteria, Presentación de Biología

DIVERSIDAD PROCARIOTA

Dominio Bacteria

Neyla Benítez Campo Ph.D.Árbol filogenético de la vida

BACTERIA ARCHAEA EUKARYA

Macroorganis 'Animals Entamoebae Slime molds Euryarchaeota Methanosarcina Mitochondrion Methano- bacterium Extreme halophiles Ciliates Pyrodictium Thermoplasma Chloroplast Cyanobacteria Thermococcus Flagellates Nitrosopumilus Pyrolobus Methanopyrus Trichomonads Thermotoga Thermodesulfobacterium Microsporidia Aquifex Diplomonads (b)

Figure 1.6 Evolutionary relationships and the phylogenetic tree of life. (a) The technology behind ribosomal RNA gene phylogenies. 1. DNA is extracted from cells. 2. Copies of the gene encoding rRNA are made by the polymerase chain reaction (PCR: the sequence aligned with sequences from other organisms. A computer algorithm makes pairwise comparisons at each base and generates a phylogenetic tree, 5, that depicts evolutionary relationships. In the example shown. the sequence differences are versus organism 2, three differences; 1 versus 3 two differences; 2 versus 3, four differences. Thi organisms 1 and 3 are closer relatives than are : 3 or 1 and 2. (b) The phylogenetic tree of life. The shows the three domains of organisms and a fev Green nonsulfur bacteria Fungi Plants Proteobacteria Gram- positive bacteria Crenarchaeota Thermoproteus Green sulfur bacteria

BACTERIAS

Organismos procariotas unicelulares, de tamaño muy pequeño: entre 0.5 - 4.0 micras de ancho y menos de 15 micras de largo.

EF6691 5.0 KV X15. 0K 2.000 Magn 13184x 8624.0

Excepciones: Nanobacterias: 0.05-0.2 um Thiomargarita magnifica: 1-2 cm

Morfología celular bacteriana

Coccus Spirochete Rod Hypha Stalk Budding and appendaged bacteria Spirillum Filamentous

Formas Básicas y sus agrupaciones

Cocos

• Coco
• Diplococo
• Diplococo encapsulado
• Pneumococo
• Estafilococo
• Estreptococo
• Sarcina
• Tétrada

Bacilos

• Empalizada
• Cocobacilo
• Bacilo
• Diplobacilo
• Estreptobacilo

Otros Apéndices bacterianos

• Tallo
• Hifa
• Bastón Corynebacteriaceae
• Hélice Helicobacter pylori
• Sacacorchos Borrelia burgdorferi
• Filamento
• Espiroqueta
• Barra alargada Fusobacterium
• Vibrio
• Coma Bdellovibrio

PLEOMORFISMO

La forma de las bacterias varía dependiendo de los nutrientes del medio

TAMAÑO RELATIVO

Figure 3.2 Relative sizes 0 Atom Amino acid Diameter of DNA molecule Protein Ribosome Virus Chlamydia, Rickettsia Mitochondrion Chloroplast Epithelial cell Large protozoan Human egg Human heart Dog (German shepherd) Yeast - - YYYW 0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 pm 10 pm 100 µ.m 1 mm 10 mm 100 mm 1 m 10 m Transmission electron microscope Compound light microscope Unaided human eye Scanning electron microscope 12 XXXX 0 Bacterium Red blood cell, Cell nucleus Tick

ESTRUCTURAS INTERNAS

Citoplasma: Limitado por la membrana citoplasmática, en él se encuentra el nucleoide, los ribosomas y las inclusiones.

Nucleoide: Compuesto por dos cadenas de ADN, formando el cromosoma bacteriano. Generalmente es circular.

Ribosomas: Son las estructuras celulares donde se sintetizan las proteínas. (70S). Posee proteínas y ARNr.

Chromosome Pilus (fimbria) Ribosomes Inclusion Flagellum Capsule or slime layer Plasmid Cell wall Cytoplasm Cell membrane

Plásmido: DNA extracromosómico pequeño, generalmente circular, codifica por propiedades metabólicas especiales.

Endosporas: Estructuras de resistencia de algunas especies de la división Firmicutes (Bacillus y Clostridium).

Chromosome Pilus (fimbria) Ribosomes Inclusion Flagellum Capsule or slime layer Plasmid Cell wall Cytoplasm Cell membrane

Endosporas

Endospore (a)

Presente en algunas bacterias Gram positivas Ej. Bacillus y Clostridium

Proceso de esporulación

• Es un mecanismo de sobrevivencia o protección a: desecación, radiación, desinfectantes, al calor, a la lisozima, a escasez de nutrientes.
• Bajo condiciones favorales ocurre el proceso de germinación: Activación - Germinación - Desarrollo célula vegetativa

Ciclo vegetativo y de esporulación

Peptidoglycan fragments Favorable conditions Germination Free spore Spore coat Cortex Lysis of mother cell VEGETATIVE CYCLE SPORULATION CYCLE Spore coat Axial nucleoid Core Spore

Proceso de formación de endosporas

1. Nucleodie alargado axial
2. Los dos cromosomas se separan
3. Formación del core (Acido dipicolínico, Ca++ y proteínas)
4. Septo de la endospora
5. Formación del cortex: Síntesis de peptidoglucano
6. Formación de cubierta de la endospora
7. Formación de exosporium (proteínas-lípidos)

Endospore septum Binary fission Double membrane Cell membrane Spore membrane

Endosporas teñidas con verde de malaquita

1 Célula vegetativa Endospora 10um

Inclusiones

Forman gránulos y otras inclusiones. Almacenan polifosfato, azufre y carbonato Almacenan energía o precursores estructurales de macromoléculas. Ej. Poli-ß-hidoxialcanoatos (PHA) Poli-3-hidoxibutirato

ESTRUCTURAS EXTERNAS

CH3 CH2 H&CN-CH3 CH2 O T 1 O- P=0 Hydrophilic head CH2-CH-CH2 -0-0- O 1 o=c o=c 1 CH2 CH2 - CH2 1 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH2 1 Hydrophobic tails CH CH2 1 CH2 CH2 1 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 1 CH2 1 CH3 CH3

MEMBRANA CELULAR

Bicapa de fosfolípidos y proteínas. Función: a) Barrera osmótica de la célula. b) Centro de conservación de energía en procariotas c) Anclaje de proteínas

(a) Extracellular space Glycoproteins Glycolipid Lipid bilayer membrane Cholesterol Protein Cytoplasm Phospholipid molecule Hydrophilic ends Hydrophobic ends (b)

PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE MEMBRANA

Out In Uniport Antiport Symport

Figure 2.21 Structure of membrane-spanning transporters and types of transport events. Membrane-spanning transporters are made of 12 @-helices (each shown as a cylinder) that aggregate to form a channel through the membrane. Shown are examples of three different transport events: uniport, antiport, and symport. Red discs represent the transported molecule; yellow discs represent the cotransported molecule.

Mesosoma

Invaginación de la membrana celular donde se realizan los procesos de respiración y fotosíntesis en procariotas. Participa en la formación del tabique en la división celular y funciones secretoras

Tabique transversal Membrana citoplasmática Pared celular Citoplasma Región nuclear (nucleoide) Ribosomas Mesosomas

PARED CELULAR

Capa rígida que envuelve la célula bacteriana, se encuentra por fuera de la membrana celular. Función: Estructura de protección contra lisis osmótica, responsable de la rigidez y forma celular. Protección contra patógenos y toxinas. Puede contribuir a su patogenidad Composición: En células del dominio Bacteria esta constituída por Peptidoglucano (mureina) N-acetilglucosamina y Acido N-acetilmurámico. Contiene aminoácidos: L-alanina, D-alanina, D-glutámico y Lisina o Ácido Diaminopimélico (DAP)

Peptidoglucano

N- Acetil murámico N- Acetil glucosamina CH, OH CH. OH 2 - 0 -0 H (B1,4) H H H O H H V H H NH-CEO H NH-C=0 I I CH 3 I CH 3 H3 C- CH I C=o 1 L-Alanina I D-Ácido glutámico I aa 3 1 ad 3 - Ácido meso - diaminopimélico en G(-) L-Lisina en G(+) D-Alanina OH H / O -7 0

Peptidoglucano en bacterias Gram positivas y Gram negativas

L-alanine D-glutamic acid Meso-diaminopimelic acid D-alanine D-alanine G G G G M M M M M M G G M M M G M M M M G M Lipoprotein M M M G G E.coli peptidoglycan M M M L-alanine G G D-glutamine L-Lysine M G M M G Penta glycine bridge G M M G M G M M G G Staphylococcus aureus peptidoglycan M M M G D-alanine D-alanine M

Bacterias Gram positivas

El peptidoglucano es muy grueso, corresponde al 90% de la pared celular. Contiene ácido teicoico (polímeros de glicerol o ribitol) Reciben el nombre de Protoplasto cuando se digiere su pared celular. En el proceso de coloración de Gram toman el color violeta del cristal violeta

Pared celular en bacterias Gram positivas

Wall-associated protein Teichoic acid Peptidoglycan Lipoteichoic acid Cytoplasmic membrane (c)

Figure 2.27 Structure of the gram-positive bacterial cell wall. (a) Schematic of a gram-positive rod showing the internal architecture of the peptidoglycan "cables." (b) Structure of a ribitol teichoic acid. The teichoic acid is a polymer of the repeating ribitol unit shown here. (c) Summary diagram of the gram-positive bacterial cell wall.

Bacterias Gram negativas

• El peptidoglucano es delgado, corresponde al 5-10% de la pared celular
• Posee proteínas
• Poseen Periplasma: Espacio entre la membrana citoplasmática y la membrana externa. periplasmicas muy activas
• Poseen una membrana externa adicional, denominada lipopolisacárido (LPS). Contribuye a la adhesion bacteriana. Restringe la entrada de antibióticos y toxinas. Protección contra las defensas del huesped. Actúa como endotoxina.
• Reciben el nombre de Esferoplasto cuando se digiere su pared celular.
• En el proceso de coloración de Gram toman el color rosado de la safranina

Pared celular en bacterias Gram negativas

O-specific polysaccharide Core polysaccharide Lipid A Protein Out Lipopolysaccharide (LPS) Porin 8 nm Phospholipid Peptidoglycan Lipoprotein Cytoplasmic membrane In (a) Outer membrane Periplasm Cytoplasmic membrane Terry Beveridge Georg E. Schutz Outer membrane Cell wall Periplasm

Comparando la pared de Gram positivos y Gram negativos

uram-posluve uram-neyauve Outer membrane Peptidoglycan Cytoplasmic membrane Protein Protein Leon J. Lebeau (a) (b) Peptidoglycan Cytoplasmic membrane Cytoplasmic membrane Peptidoglycan Outer membrane (c) (d) AUmeda and K. Amako A.Umeda and K. Amako (e)

Coloración de Gram

1. Preparing a smear Spread culture in thin film over slide Dry in air
2. Heat fixing and staining Pass slide through flame to heat fix Flood slide with stain; rinse and dry
3. Microscopy 100x Slide Oil Place drop of oil on slide; examine with 100x objective lens

Procedure 1. Flood the heat-fixed smear with crystal violet for 1 min Result All cells purple 2. Add iodine solution for 1 min All cells remain purple 3. Decolorize with alcohol briefly - about 20 sec Gram-positive cells are purple; gram-negative cells are colorless 4. Counterstain with safranin for 1-2 min G- G+ Gram-positive (G+) cells are purple; gram-negative (G) cells are pink to red (a)

Bacterias con paredes celulares pobres o ausentes