Microorganismos Bacterianos

Definición

PROCARIOTAS (arqueobacterias y eubacterias): Célula más primitiva (arqueobacterias). No poseen núcleo, su ADN no está asociado a histonas, y sus orgánulos carecen de membrana. Poseen peptidoglicano o mureína en la pared celular. Se reproducen por fisión binaria. Los elementos constantes de las bacterias son la membrana plasmática, la pared celular, el citoplasma y el cromosoma. Las estructuras inconstantes incluyen la cápsula, el plásmido, la endospora, el flagelo, el episoma y los pelos o fimbrias.

ARQUEOBACTERIAS: Viven en ambientes extremos como fuentes termales y medios halófilos (por ejemplo, Halobacterium). Su pared celular no contiene peptidoglicano, sino un polímero similar.

EUBACTERIAS: Tienen una composición química compleja y diversa. Están formadas por un citoplasma (con inclusiones) limitado por la membrana citoplasmática y la pared bacteriana. Poseen una alta capacidad metabólica, lo que les permite sintetizar nutrientes y degradar una amplia variedad de sustancias. Pueden vivir de forma independiente o como parásitos (patógenos).

Estructura Bacteriana

  • TAMAÑO: Microscópico, por debajo del ojo humano. El tamaño determina el volumen de transporte, que es proporcional a la superficie de la membrana.
  • MORFOLOGÍA:
    • Esféricos: Cocos (se dividen en varios planos).
    • Esféricos anormales.
    • Bastones: Bacilos, alargados y se dividen solo por el eje menor. Si se dividen en un único plano se denominan diplobacilos, y si presentan divisiones múltiples y permanecen unidos, estreptobacilos.
    • Bastones anormales: Filamentosas, helicoidales, con yemas y apéndices.
    • Bacterias Espirales:
      • Espiroqueta: causante de la sífilis.
      • Espirilos: espiroquetas con flagelos.
      • Vibrios: causante del cólera.

Elementos Constantes

Pared Celular

Definición: Estructura compleja y semirrígida responsable de la configuración celular. Se localiza en el exterior de la membrana plasmática en las células de bacterias, hongos, algas y plantas.

Funciones:

  • Rodea y protege la membrana plasmática y la célula de los cambios adversos del medio externo.
  • Protección osmótica.
  • Mantiene la forma celular.
  • Sirve de sitio de anclaje para los flagelos.
  • Contribuye a la virulencia.
  • Es el sitio de acción de algunos fármacos.
  • Presenta una gran cantidad de antígenos.
  • Permite clasificar las bacterias en gram positivas y gram negativas mediante la tinción de Gram. Las bacterias gram positivas se tiñen de morado y las gram negativas de rosa.

Composición:

  • Peptidoglucano o Mureína: Polímero complejo formado por un disacárido, que a su vez está formado por dos monómeros: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM). Estos monómeros se unen por enlaces β (1-4) formando hileras de 10 a 65 azúcares.
  • Cadena Tetrapeptídica: Las cadenas de mureína se unen entre sí por polipéptidos en cadenas laterales tetrapeptídicas, formadas por 4 aminoácidos unidos al NAM mediante 5 moléculas de glicina. Los aminoácidos se disponen en un patrón alterno de formas D y L.

Clasificación de las bacterias: La diferencia entre bacterias gram positivas y gram negativas se encuentra en la composición de los aminoácidos de la cadena tetrapeptídica. Si son gram negativas, el tercer aminoácido es el ácido diaminopimélico. Si el tercer aminoácido es L-lisina, la bacteria es gram positiva.

Bacterias Gram Positivas

Su pared celular está formada por:

  • Mureína: 40 capas de peptidoglicano, que representan el 50-80% del peso de la pared celular. Esta característica las diferencia de las bacterias gram negativas. Las capas de mureína se disponen en diferentes direcciones y se estabilizan por puentes tetrapeptídicos.
  • Ácidos Teicoicos: Polímeros hidrosolubles de ribitol o residuos de glicerol que confieren poder patógeno. Se diferencian el ácido lipoteicoico (más largo, atraviesa la pared celular y se ancla en la membrana plasmática) y el ácido teicoico mural (más pequeño, se localiza solo en la pared celular).
  • Espacio Periplasmático: Muy pequeño. Contiene enzimas hidrolíticas que se forman en el citoplasma y se expulsan al exterior para captar nutrientes cuando estos están disponibles.

Bacterias Gram Negativas

Su pared celular está formada por cuatro elementos:

  • Mureína: 1 ó 2 capas de peptidoglucano, no abundante, representa el 5-10% del peso de la pared. Se localiza dentro del periplasma.
  • Lipoproteínas: Muy abundantes. Formadas por 57 aminoácidos ligados a residuos de ácido diaminopimélico. La parte lipídica se encuentra en la membrana externa y la parte proteica se une covalentemente a la mureína. Estabilizan la membrana externa y la fijan a la capa de peptidoglucanos.
  • Membrana Externa: Asimétrica. Está formada por una capa interna similar a la membrana citoplasmática y una capa externa compuesta por fosfolípidos y lipopolisacáridos. Actúa como una barrera para las bacterias, las sales biliares y la fagocitosis. Los lipopolisacáridos le confieren toxicidad. Posee porinas, canales que permiten la entrada y salida de sustancias hidrofílicas de bajo peso molecular por difusión pasiva, y actúa como una barrera osmótica. También posee túneles, llamados uniones de Bayer, para el paso de sustancias sin necesidad de atravesar el espacio periplasmático.
  • Lipopolisacárido (LPS): Formado por:
    • Lípido A: endotoxina que pasa a la sangre y puede viajar a cualquier parte del organismo.
    • Núcleo del LPS.
    • Polisacárido O: formado por aminoácidos y azúcares que se unen formando una estructura común que se repite. Contribuye a la patogenicidad y su principal función es el reconocimiento de especies y su clasificación.
  • Espacio Periplasmático o Periplasma: Muy grande, contiene la mureína (las 2 capas). Contiene enzimas hidrolíticas, quimiorreceptores y proteínas de transporte que ayudan a la nutrición de la célula y a la eliminación de sustancias de desecho.

Diferencias entre Bacterias Gram Positivas y Gram Negativas

Gram Positivas:

  1. Pared celular: mureína (50-80%) + ácidos teicoicos.
  2. Espacio periplasmático pequeño.
  3. La virulencia la proporcionan los ácidos teicoicos.

Gram Negativas:

  1. Pared celular: mureína (5-10%), lipoproteinas, membrana externa y lipopolisacáridos.
  2. Espacio periplasmático grande.
  3. La virulencia la proporcionan los lipopolisacáridos (lípido A).

Archaea

Carecen de pared celular o presentan una pared atípica compuesta por pseudopeptidoglicano, un polímero similar al peptidoglicano pero con diferencias en su composición. El pseudopeptidoglicano está formado por un disacárido repetitivo compuesto por N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetiltalosaminurónico (NAT), unidos por enlaces β (1-3). Carece de aminoácidos de tipo D, todos son de tipo L.

Sustancias que Destruyen la Pared Celular

  • Lisozima: Enzima que rompe el enlace β-glucosídico de la mureína, impidiendo su formación. Las bacterias gram negativas son más resistentes a la lisozima debido a la menor cantidad de mureína en su pared celular. Si una bacteria gram positiva pierde su pared celular se denomina protoplasto, y si se trata de una bacteria gram negativa se denomina esferoplasto. La lisozima se encuentra en lágrimas, moco, saliva y en la clara de huevo. También se ha aislado de bacterias y bacteriófagos.
  • Penicilina: Interfiere en la unión final de las hileras del peptidoglucano, impidiendo la unión transversal o puente interpeptídico, pero no la elongación del polímero. Esto debilita la pared celular y la célula experimenta lisis, es decir, destrucción secundaria a la ruptura de la membrana plasmática y a la pérdida del citoplasma.

Membrana Citoplasmática

Definición: Estructura fina que rodea al citoplasma celular, formando la barrera que separa el interior del exterior de la célula. Tiene un espesor de 8 nm.

Funciones:

  • Barrera para el ingreso y egreso de sustancias.
  • Permeabilidad selectiva.
  • Degrada nutrientes y genera energía en forma de ATP.
  • Anclaje de moléculas como ácidos lipoteicoicos, membrana externa y proteínas de transporte.

Composición:

  • 20-40% lípidos: fosfolípidos y colesterol (ausente en la mayoría de las procariotas, excepto en micoplasmas, cianobacterias y bacterias metilotrofas).
  • 60-80% proteínas (transmembrana o periféricas).
  • Hidratos de carbono: moléculas de reconocimiento.

Estructura: Bicapa lipídica formada por dos líneas oscuras separadas por un espacio claro.

Polimixina B: Antibiótico que destruye la membrana citoplasmática. Se introduce en los fosfolípidos, los sustituye y finalmente rompe la membrana, provocando la salida del contenido celular y la muerte de la célula.

Mesosomas

Invaginaciones de la membrana citoplasmática con forma de vesículas, túbulos o lamelas. Se pueden encontrar en el citoplasma o unidos a la membrana citoplasmática. Presentes en bacterias gram positivas y gram negativas. Se cree que pueden estar implicados en el reparto de los cromosomas y la formación del tabique celular durante la división celular. Sin embargo, muchos bacteriólogos creen que los mesosomas son artefactos generados durante la preparación de las muestras para microscopía electrónica.