Morfologia, fisiologia y genetica bacteriana

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 Tema 1: Morfología, Fisiología y Genética Bacteriana. 
 Integrantes: Andrés Luque, Jesús López, Andrés Delgado, María Arrieta.
1. Definir: bacteria, eucariota, procariota, pared celular, membrana 
celular, flagelo, pili, fimbria, genética bacteriana, capsula, citoplasma, 
ribosomas y nucleoide: 
 
Bacteria: Estas poseen una estructura relativamente simple. 
 
Son microorganismos procariotas, es decir, unos microorganismos 
unicelulares sencillos, los cuales no cuentan con membrana nuclear, 
mitocondrias, aparato de Golgi ni retículo endoplasmático, estas mismas se 
reproducen por división asexual. 
 
La pared celular que rodea a las bacterias es compleja, y existen dos 
formas básicas: 
 
Una pared celular grampositiva con una gruesa capa de peptidoglucano y 
una pared celular gramnegativa con una delgada capa de peptidoglucano, 
así como una membrana externa. 
 
Algunas bacterias también presentan flagelos, u otros componentes que 
aguardan similitud con este, que les permiten moverse. 
 
Carecen de pared celular y compensan su ausencia sobreviviendo tan sólo 
en el interior de células del hospedador o en un ambiente hipertónico. 
 
Eucariotas: Sabemos que las células de los animales, las plantas y los 
hongos son eucariotas. 
 
Estas mismas son aquellas cuyo ADN se encuentra envuelto por una 
membrana, la envoltura nuclear, que forma un núcleo celular. 
 
Están caracterizadas principalmente por presentar citoplasma en el que se 
encuentran los distintos orgánulos y su núcleo. Estas se distinguen de las 
procariotas ya que las mencionadas no poseen núcleo definido. Existen 
diferentes tipos de células eucariotas, aunque las más destacables son las 
animales y vegetales. Su reproducción es sexual y asexual. 
 
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Procariotas: Se llama procariota a las células sin núcleo celular definido, es 
decir cuyo material genético se encuentra disperso en el citoplasma. Las 
células procariotas estructuralmente son las más simples y pequeñas. Las 
encontramos en virus, bacterias, entre otros. 
Pared celular: Es una cubierta rígida que recubre la membrana plasmática 
de algunas células separándola del exterior. Además de aportar rigidez, su 
función también consiste en mantener una relación entre el interior de la 
célula y el entorno. El material de la pared celular depende del tipo de célula. 
La pared celular es mucho más rígida que la membrana celular. 
 
Membrana celular: Esta consiste en una bicapa lipídica que es 
semipermeable. Entre sus funciones, esta regular el transporte de 
sustancias que entran y salen de la célula. La pared celular es mucho más 
rígida que la membrana celular. 
 
Flagelo: Es una estructura filamentosa que sirve de impulso a la célula 
bacteriana. Tiene una estructura única, es completamente diferente de los 
demás sistemas presentes en otros organismos, como los cilios y flagelos 
eucariotas, y los flagelos de las arqueas. 
 
Pili: Son apéndices pilosos compuestos por una proteína llamada pilina. Los 
pili son más cortos, rectos y finos que los flagelos y se encuentran en la 
superficie de diversas bacterias. Algunas bacterias usan los pili para el 
movimiento. Su función es permitir a las bacterias establecer contacto e 
intercambiar material genético con el exterior. 
 
Fimbria: Son organelas filamentosas que surgen de la membrana externa 
de las bacterias y que poseen 2 a 8 nm de diámetro y hasta 15 nm de 
longitud, se encuentran colocadas alrededor de toda la bacteria. 
 
Genética bacteriana: La información genética en las bacterias se almacena 
como una secuencia de bases de ADN. En bacteriófagos y virus la 
información genética puede almacenarse como secuencias de ácido 
ribonucleico. La mayor parte de las moléculas de ADN son bicatenarias, con 
bases complementarias (A-T; G-C) unidas por enlaces de hidrógeno en el 
centro de la molécula. La orientación de las dos cadenas de ADN es 
antiparalela: una cadena tiene orientación química de 5′→ 3′ y su cadena 
complementaria sigue una dirección 3′→ 5′. La complementariedad de las 
bases permite que una cadena proporcione la información para la copia con 
la expresión de la información en la otra cadena. Los pares de bases se 
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apilan en el centro de la doble hélice de ADN y determinan la información 
genética bacteriana. 
 
Capsula: Es una cubierta protectora que permite la resistencia a la 
fagocitosis. Una de sus funciones es ser un depósito de alimentos y un lugar 
de eliminación de sustancias de desecho. También, evita el ataque de los 
bacteriófagos y permite la adhesión de la bacteria a las células animales del 
hospedador. Esta está compuesta por polisacáridos. 
 
Citoplasma: Es el fluido gelatinoso que se encuentra en el interior de la 
célula. Su función es albergar los organelos celulares, contribuir al 
movimiento de esto componentes y albergar el desarrollo de diversos 
procesos metabólicos. 
 
Ribosomas: Son orgánulos citoplasmáticos no delimitados por la membrana 
del ácido ribonucleico y proteínas ribosómicas, estos constituyen una 
máquina molecular presente en todas las células. Son los centros celulares 
de traducción que hacen posible la expresión de los genes. 
 
2. Diferencias entre una célula procariota y una eucariota 
Característica Eucariota Procariota 
Principales grupos Algas, hongos, 
protozoos, plantas, 
animales 
Bacterias 
Tamaño (aproximado) >5 micras 0,5-3 micras 
Estructuras del núcleo 
Núcleo Membrana nuclear 
clásica 
Sin membrana nuclear 
Cromosomas Cadenas de ADN. 
Genoma diploide 
ADN único y circular. 
Genoma haploide 
Estructuras del citoplasma 
Mitocondrias Presentes Ausentes 
Aparato de Golgi Presente Ausente 
Retículo 
endoplasmatico 
Presente Ausente 
Ribosomas (coeficiente 
de sedimentación) 
80S (60S + 40S) 70S (50S + 30S) 
Membrana citoplásmica Contiene esteroles No contiene esteroles 
Pared celular Presente en los hongos; 
ausente en los demás 
eucariotas 
Es una estructura 
compleja formada por 
proteínas, lípidos y 
peptidoglucanos 
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Reproducción Sexual y asexual Asexual (fisión binaria) 
Movimiento Flagelos complejos, si 
existen 
Flagelos simples, si 
existen 
Respiración Vía mitocondrial A través de la membrana 
citoplásmica 
 
3. Aspectos de la célula bacteriana: 
En cuanto a su tamaño aproximadamente la célula bacteriana mide entre 0,5 
a 3 micras. En cuanto a su morfología podemos encontrar las siguientes 
formas 
 
Cocos: esféricos 
• Bacilos: barra o bastón 
• Espirilos: helicoidales. Pared celular rígida. 
• Vibriones: curvados, coma. 
• Espiroquetas: helicoidales. Pared celular flexible. 
Por otra parte, la distribución se refiere a la población de microorganismos 
que habitan en el cuerpo humano. Se calcula que el número de 
microorganismos que viven dentro del ser humano es 10 veces mayor que el 
número de células somáticas y germinativas. La microbiota normal 
proporciona la primera línea de defensa contra los microorganismos 
patógenos, ayuda a la digestión, participa en la degradación de toxinas y 
contribuye a la maduración del sistema inmunitario. Los cambios en esta 
microbiota normal, o la inflamación asignada por estos comensales, generan 
enfermedades como la enfermedad inflamatoria intestinal. Comúnmente se 
distribuyen y actúan en las vías metabólicas del aparato digestivo, como el 
colon, estomago, boca y esófago, como también por la piel y por los 
aparatos reproductores. 
4. Composición química de las estructuras bacterianas 
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Estructuras citoplasmicas: 
El citoplasma de la célula bacteriana contiene: ADN cromosómico, ARN 
mensajero(ARN m), ribosomas, proteínas y metabolitos. 
A diferencia del cromosoma de los eucariotas, el cromosoma bacteriano se 
compone de una única molécula circular bicatenaria que no está contenida 
en un núcleo, sino en una zona definida conocida como nucleoide. 
Algunas bacterias pueden tener dos o tres cromosomas circulares o incluso 
un único cromosoma lineal 
 
La célula también puede poseer , unas moléculas plásmidos
extracromosómicas circulares más cortas que el ADN. Los plásmidos, 
aunque por regla general no son esenciales para la supervivencia de la 
célula, le proporcionan a menudo una ventaja selectiva: muchos de ellos 
confieren resistencia contra uno o más antibióticos. 
La ausencia de membrana nuclear simplifica las necesidades y los 
mecanismos de control de la síntesis de proteínas. 
 
La falta de esta membrana nuclear conlleva el acoplamiento de los procesos 
de transcripción y de traducción; en otras palabras, los ribosomas se fijan al 
A RN m y fabrican proteínas a medida que se está sintetizando el ARNm 
aún unido al ADN. 
 
El ribosoma bacteriano consta de dos subunidades de 30S y 50S que 
forman un . Este ribosoma es distinto del ribosoma ribosoma 70S selber
80S (subunidades 40S y 60S) de los eucariotas. Las proteínas y el ARN del 
ribosoma bacteriano son muy distintos de los observados en los ribosomas 
de los eucariotas y constituyen un señalado objetivo de los fármacos 
antibacterianos. 
 
Membrana celular: 
En general, la membrana celular de las bacterias es similar a la membrana 
familiar de dos capas, contiene fosfolípidos y proteínas, y se encuentra en 
todos los seres vivos; no obstante, tiene dos importantes diferencias. 
La membrana de la célula bacteriana es excepcionalmente rica en proteínas 
y no contiene esteroles (excepto micoplasmas). 
El cromosoma bacteriano esta adherido a la membrana celular, la cual 
representa una función en la segregación de los cromosomas hijos en la 
división celular, análoga a la función del aparato mitótico de las eucariotas. 
La membrana es el lugar de síntesis del ADN, de los polímeros de la pared 
celular y de los lípidos de membrana. 
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Contiene todo el sistema de transporte de electrones de la célula (y, en 
consecuencia, es funcionalmente análoga a la mitocondria de las 
eucariotas). Cuenta con proteínas receptoras que funcionan en la 
quimiotaxis. 
Pared celular: 
Las bacterias grampositivas se diferencian de las gramnegativas en la 
estructura de la pared celular y en sus componentes y funciones. Los 
componentes de la pared celular también son exclusivos de las bacterias, y 
su estructura repetitiva se une a receptores en las células humanas para 
desencadenar respuestas protectoras. 
Las membranas citoplásmicas de la mayoría de los procariotas están 
rodeadas de unas rígidas capas de peptidoglucano (mureína). El 
peptidoglucano es el elemento que proporciona rigidez, por lo que también 
determina la forma de cada célula bacteriana. Las bacterias gramnegativas 
están envueltas además por membranas externas. 
 
Bacterias grampositivas: 
Una bacteria grampositiva posee una pared celular gruesa que consta de 
varias capas y está formada principalmente por que rodea peptidoglucano
la membrana citoplásmica. El peptidoglucano es un exoesqueleto en forma 
de malla con una función semejante a la del exoesqueleto de los insectos. 
El es un elemento clave para la estructura, la replicación y peptidoglucano
la supervivencia de la célula en las condiciones normalmente hostiles en las 
que proliferan las bacterias. El peptidoglucano puede degradarse mediante 
el tratamiento con lisozima. La pared celular de la célula grampositiva puede 
poseer también otros componentes, como proteínas, los ácidos teicoicos y 
lipoteicoicos, y polisacáridos complejos (generalmente denominados 
polisacáridos C). La proteína M de los estreptococos y la proteína A de otra 
bacteria establecen enlaces covalentes con el peptidoglucano. 
Los son polímeros aniónicos hidrosolubles de fosfatos de ácidos teicoicos
poliol que están unidos al peptidoglucano mediante enlaces covalentes y 
son fundamentales para la viabilidad celular. 
Los ácidos lipoteicoicos poseen un ácido graso y se encuentran unidos a la 
membrana citoplásmica. Estas moléculas son antígenas de superficie 
frecuentes que diferencian los serotipos bacterianos y favorecen la fijación a 
otras bacterias. Los ácidos teicoico y lipoteicoico promueven la adhesión y 
fijan la pared a la membrana. 
 
Bacterias gramnegativas: 
Las paredes celulares gramnegativas son más complejas (tanto desde el 
punto de vista estructural como químico) que las de las células 
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grampositivas. La pared gramnegativa tiene muy poca presencia de 
peptidoglucano, existe poca semejanza quimica con las paredes celulares 
de las bacterias grampositivas y su arquitectura es fundamentalmente 
diferente. 
En las celulas gramnegativas, la cantidad de peptidoglucano es muy 
reducida y parte de ella forma una vaina de una sola capa alrededor de la 
celula, mientras que el resto forma una sustancia gelatinosa, el gel 
periplásmico, con pocos enlaces cruzados. 
Fuera de este periplasma se encuentra una elaborada membrana externa. 
Las proteínas en solución en el periplasma consisten en enzimas con 
funciones hidrolíticas; a veces son enzimas que inactivan los antibióticos, y 
diversas proteínas de unión que tienen funciones dentro de la quimiotaxis y 
transporte activo de solutos dentro de la célula. Dentro del periplasma, los 
oligosacáridos que se secretan en respuesta a las condiciones externas, 
sirven para crear amortiguacion contra la presión osmotica. El periplasma es 
una estructura intermembrana que se encuentra entre la membrana celular y 
una membrana especial que es única de las bacterias gramnegativas, la 
membrana externa. (Porina, Integrina, Fosfolipidos LPS) 
El LPS (Lipopolisacarido) está formado por un lípido A toxico, que es en 
extremo toxicapara los humanos y otros animales y que se denomina 
endotoxina. Incluso en cantidades mínimas, como aquellas que se libera a la 
circulación durante el curso de una infección por bacterias gramnegativas, 
esta sustancia puede provocar fiebre y síndrome de choque llamado choque 
gramnegativo o choque endotóxico. 
 
Estructuras externas: 
 
Capsula: Capa de material fuera de la pared celular, se compone 
principalmente de polisacárido, forma parte de los mecanismos de virulencia 
de la bacteria, ya que inhibe el reconocimiento antigénico. 
Apéndices externos de la pared. 
 
Flagelos: son unos propulsores en forma de cuerda que están formados por 
unas subunidades proteicas enrolladas helicoidalmente (flagelina). Le 
proporcionan motilidad a las bacterias y permiten que la célula se dirija hacia 
los nutrientes y evite las sustancias tóxicas (quimiotaxis). Hay diferentes 
tipos: 
-Monotricos 
-Lofotricos 
-Anfitricos 
-Peritricos 
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Fimbrias: favorecen la adhesión a otras bacterias o al organismo 
hospedador (sus nombres alternativos son adhesinas, lectinas, evasinas y 
agresinas). 
Pilis: apéndices similares a las fimbrias, que se diferencian en que son más 
largos y anchos. Están determinados genéticamente para la conjugación 
bacteriana. 
 
Endosporas: estructuras de resistencia. 
 
Nucleoide: El genoma bacteriano reside en un solo cromosoma (existen 
raras excepciones) y consiste tipicamente en cerca de 4 000 genes 
codificados en una molécula circular grande de ADN de doble cadena, que 
contiene cerca de 5 millones de pares de bases de nucleótidos. Esta 
molécula mide más de 1 mm de longitud y, en consecuencia, supera la 
longitud de la célula en aproximadamente 1 000 veces. El ajustado 
empaquetamiento desplaza los ribosomas y otros componentes del citosol, 
creando regiones que contienen un cromosoma, cubierto en general por 
poliaminas y ciertas proteínas especializadas de enlace de ADN. La cadena 
de ADN de doble hélice presenta superenrollamientos y se adhiere a la 
membrana celular, a alguna estructura central, o ambas, en una gran 
cantidad de puntos. 
 
5. Dibujar esquemáticamente la célula bacteriana ubicando 
topogr
áficam
ente 
cada 
una de 
las 
estruct
uras 
antes 
mencio
nadas. 
 
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6. Principales mecanismos de generación de energía metabólica en una 
célula procariota. 
Como todos los seres vivos, los procariontes necesitan energía y carbono y 
satisfacen estas necesidades de diferentes formas. De hecho, los procariontes 
tienen casi todos los tipos posibles de metabolismo. Pueden obtener energía 
de la luz (foto) o compuestos químicos (quimio). Pueden obtener carbono a 
partir del dióxido de carbono (autótrofo) u otros seres vivos (heterótrofos). La 
mayoría son quimioheterótrofos. Los procariontes dependen de otros 
organismos para obtener energía y carbono. Muchos descomponen desechos 
orgánicos y restos de organismos muertos. Además, cumplen roles 
importantes como descompositores y ayudan a reciclar carbono y nitrógeno. 
Los fotoautótrofos son importantes productores y son especialmente 
importantes en ecosistemas acuáticos. 
 
7. Clasificar las bacterias según su metabolismo. 
A diferencia de los organismos superiores, las bacterias han conseguido 
adaptarse a gran variedad de ambientes y tipos de nutrición. La clasificación de 
las bacterias según su nutrición o metabolismo bacteriano se clasifica con base 
en tres criterios importantes principalmente: 
-Por su fuente de carbono 
-Por su fuente de energía 
-Por su aceptor de electrones 
Las bacterias necesitan una para formar sus estructuras. fuente de carbono
Según de donde lo obtengan pueden ser: 
 
-Heterótrofas: son bacterias que usan compuestos orgánicos como fuente de 
carbono. 
 
-Autótrofas: Son bacterias que obtienen su carbono mediante la fijación del 
dióxido de carbono en reacciones más o menos parecidas a la fotosíntesis. 
 
Según la fuente de energía, las bacterias pueden ser: 
 
-Fototrofas: son aquellas bacterias que emplean la luz para obtener energía a 
través de la fotosíntesis o procesos muy similares a esta. Dependiendo del 
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hábitat o ambiente donde se encuentre la bacteria desarrolla diferentes tipos de 
pigmentos, que aprovechan mejor una u otra longitud de onda. 
 
-Quimiotrofas: las bacterias que obtienen energía a partir de sustancias 
químicas se denominan quimiotrofas. Para obtener energía, los compuestos 
químicos han de oxidarse, y para ello pueden utilizar oxígeno (mediante 
respiración aerobia) u otros receptores de electrones alternativos (respiración 
anaerobia). 
Así, por ejemplo, una bacteria puede ser quimioheterotrofa, es decir, obtener la 
energía de sustancias químicas y el carbono de compuestos orgánicos (en la 
gran mayoría de los casos el compuesto del que obtienen el carbono es el 
mismo del que obtienen la energía). Otra opción posible es la de bacterias 
quimioautótrofas, que utilizan compuestos inorgánicos reducidos como fuente 
de energía y el dióxido de carbono como fuente de carbono (por ejemplo, 
Nitrobacter, Thiobacillus, etc). 
Las bacterias fototrofas y quimiotrofas a su vez se subdividen en: 
-Litotrofas: Utilizan sustratos inorgánicos (por lo general de origen mineral) con 
el fin de obtener reductores de igual equivalencia para su uso en la biosíntesis 
(por ejemplo, en la fijación de dióxido de carbono) o conservación de energía 
(es decir, la producción de ATP) a través de la respiración aeróbica o 
anaeróbica. 
-Organotrofas: Sintetizan sus propias biomoléculas a partir de compuestos 
orgánicos carbonados complejos, aunque pueden captar elementos inorgánicos 
diferentes al carbono. Algunas necesitan parasitar a organismos superiores 
para poder sobrevivir. 
Las bacterias se clasifican en heterótrofas fotoheterótrofas y 
quimioheterótrofas. Ambas utilizan compuestos orgánicos como fuente de 
carbono, pero se diferencian en que las primeras utilizan la luz como fuente de 
energía y las segundas utilizan energía química. 
Según su aceptor de electrones, se clasifican en: 
Bacterias aerobias estrictas: las bacterias aerobias son un amplio grupo de 
bacterias que se caracterizan porque necesitan del oxígeno para sus procesos 
metabólicos. Estas bacterias emplean al oxígeno para degradar compuestos 
orgánicos hasta compuestos más sencillos a través de un proceso que se 
conoce como respiración celular. 
La principal característica de las bacterias aerobias es que para desarrollarse 
requieren obligatoriamente de un ambiente en el que haya una amplia 
disponibilidad de oxígeno, ya que dentro de su metabolismo realizan el proceso 
de respiración celular. En este proceso emplean el oxígeno para degradar 
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