1- Estructura Bacterial

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Estructura y función bacterial
Clasificación, estructura y replicación de bacterias
Las bacterias son células del tipo procariota perteneciente al reino “bacteria”, estos se pueden visualizar con microscopio óptico debido a su insignificante tamaño. La más pequeña de las bacterias que conocemos son las del genero Chlamydia y Rickettsia, midiendo aproximadamente entre 0.1 y 0.2 µm de diámetro, sin embargo la mayoría mide 1µm de diámetro. Si se las compara con las células de plantas, animales y hongos son claramente más pequeñas ya que estas (que son eucariotas) tienen un tamaño que va desde los 0.7µm hasta varios metros como lo son las células nerviosas.
Diferencias entre eucariotas y procariotas
Clasificación bacteriana
Las bacterias se pueden clasificar según su aspecto, crecimiento, metabolismo, antigenicidad y genotipo.
Si las diferenciamos por su crecimiento, podríamos hacerlo en un medio de cultivo debido a que las bacterias crecen en colonias. Las colonias generadas por las bacterias en un medio, pueden ser diferenciadas por su olor, tamaño, forma u olor. 
Según el aspecto microscópico su configuración puede ser del tipo cocos, bacilos, curvos y espirales, y también podría ser la mediante la tinción de Gram que los subclasifica en Gram positivos y Gram negativos, siendo estos los principales para diferenciar en una bacteria.
Coco: forma esférica u ovoide. Ej. Neisseria gonorrhoeae, Staphylococcus 
Bacilo: forma de bastón. Ej: Escherichia coli
Cocobacilo: bacilo más coro, de extremo redondeado. Ej: Bordetella pertussis
Espirilo: Ej: Treponema pallidum
Vibrión: forma de coma Ej: Vibrio cholerae
La tinción de Gram es una prueba rápida, potente y sencilla que permite al clínico distinguir entre dos clases fundamentales de bacterias, establecer un diagnóstico inicial e iniciar el tratamiento basándose en las diferencias inherentes entre las bacterias. Las bacterias se fijan con calor o se dejan secar para después teñirlas de violeta cristal que contiene yodo, luego se retira el excedente que no adhiere con cetona y agua. Luego se agrega la safranina para teñir las células decoloradas.
Las bacterias grampositivas se tiñen se tiñen de morado debido a una gruesa capa de peptidoglucanos de la pared bacteriana Las gramnegativas no se tiñen de morado porque su capa de peptidoglucanos es más delgada, pero se tiñen del color del color de safranina y se ven rojas. --- [[purpura es positivo]] ---
Las bacterias que no se pueden clasificar en función del resultado con el Gram incluyen las micobacteria, que tienen una cubierta externa de tipo céreo y que se distinguen bien con la tinción de ácido-alcohol resistencia, y los Mycoplasmas, que no tienen peptidoglucanos. 
Las bacterias también pueden ser diferenciadas según su metabolismo, en el entorno que prolifera, las exigencias de nutrientes y de forma genética.
La identificación según su metabolismo, sería el tipo de proliferación que presenta en un medio aeróbico o anaeróbico y la utilización de nutrientes como HC específicos y la producción de metabolitos característicos que pueden ser ácidos u alcoholes y enzimas específicas como por ejemplo las catalasas de los estafilococos. 
Un método para identificar cepas de bacterias también es por medio de un serotipado usando anticuerpos que detectan antígenos de superficie de las mismas, el serotipado se emplea también para subdividir a las bacterias por debajo del nivel de la especie con fines epidemiológicos.
El método más exacto para clasificar a las bacterias es el análisis de su material genético, mediante la detección de secuencias del ADN características específicas. Las técnicas empleadas son “la hibridación del ADN y la PDC amplificación de cadena de polimerasa”, donde no se requiere a las bacterias vivas, y la velocidad de análisis es mucho mayor, siendo beneficioso para identificar patógenos de crecimiento lento como por ejemplo micobacteria, hongos o virus.
El análisis de plásmidos, el ribotipado y el análisis de fragmentos de ADN cromosómico se realizan para la investigación epidemiologia.
Estructura citoplasmática de la bacteria
El citoplasma de la célula bacteriana contiene ADN cromosómico, ARN mensajero (ARNm), ribosomas, proteínas y metabolitos.
Citoplasma: Corresponde al material proteico que se encuentra limitado por la membrana citoplasmática y es el sitio donde está contenido el genoma bacteriano. Además contiene ribosomas, proteínas y cuerpos de inclusión.
ADN: El cromosoma bacteriano se compone de una única molécula circular de doble cadena que no está contenida en un núcleo, sino en una zona definida conocida como nucleoide, carece de histonas y no forma nucleosomas. La ventaja de no poseer membrana nuclear es que los ribosomas se adhieren directo al ADN en la traducción y traducción. 
Plásmidos: son moléculas extracromosómicas circulares, no son esenciales para la supervivencia de la bacteria, proporcionan resistencia a los antibióticos.
Ribosoma bacteriano: consta de dos subunidades, 30s y 50s que forman un ribosoma 70s. Son objetivo clave en la acción de fármacos antibacterianos. 
Membrana citoplasmática: membrana de estructura de bicapa lipídica sin esteroles como colesterol, excepto el Mycoplasmas si tiene esteroles. Tiene función de: transporte, y producción de energía, posee proteínas de transporte que captan y liberan metabolitos y también bombean iones. La cara interna esta tapizada de filamentos de actina que le dan forma a la bacteria y generan el tabique para la división celular. Los filamentos de actina le dan forma helicoidal a los treponemas. 
Cuerpos de inclusión: Son gránulos de material orgánico o inorgánico cuya función es almacenar sustancias de reserva, sustancias como polisacáridos, lípidos, polifosfatos, que se van a utilizar como fuente de energía. Estos compuestos de reserva pueden ser glucógeno, ácido poli-α-hidroxibutirato (PHB), polifosfatos, azufre, etc.
Pared celular: las Gram + y las Gram – tiene distinta composición. El tipo de pared celular de bacteria es exclusivo de las bacterias y es protectora en las células humanas. Las membranas citoplásmicas de la mayor parte de los procariotas están rodeadas de unas rígidas capas de peptidoglucanos (mureína), salvo en los organismos Archaea (que contienen seudoglucanos o seudomureínas relacionadas con el peptidoglucano), los micoplasmas (que carecen de pared celular) y las clamidias (que no tienen peptidoglucano). 
Las bacterias gramnegativas están envueltas además por membranas externas.
La pared le da rigidez a la célula, es protector osmótico y es determinante antigénico.
Las bacterias Gram (+): posee una pared celular gruesa que consta de varias capas y está formada principalmente por peptidoglucano (90% de la pared). El peptidoglucano es un elemento clave para la estructura, es un polímero de gran tamaño formado por N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico unidos por uniones β 1→4. Estas uniones se van repitiendo a lo largo de toda la estructura. Además una cadena corta de aminoácidos se une al ácido N-acetilmurámico., la replicación y 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, enzima presente en la mucosidad y lágrimas del humano. 
Las Gram + pueden presentar componentes como proteínas, ácidos teicoicos (hidrosolubles), ácidos lipoteicoicos (liposoluble), polisacáridos C, proteína M de estreptococos y proteína R de los estafilococos, estas moléculas son determinantes antigénicos, confieren adherencia. Los ácidos teicoicos es un determinante de la virulencia de la bacteria, los lipoteicoicos son más débiles pero podrían funcionar como endotoxinas. 
Si la membrana se vulnera se genera un protoplasto que es sensible a los cambios osmóticos, haciendo que la bacteria muera. 
Las bacterias Gram (-): son más complejas desde lo estructural como lo químico. Por fuera de la membrana citoplásmica se encuentra una delgada capa de peptidoglucano que representa tan sóloentre un 5% y un 10% del peso de la pared celular, no contiene ácidos teicoicos ni lipoteicoicos, en la parte externa de la capa de peptidoglucano se halla la membrana externa, la cual es exclusiva de las bacterias gramnegativas. La zona entre la superficie externa de la membrana plasmática y la superficie interna de la membrana externa se conoce como espacio periplasmico, donde hay enzimas hidroliticas como proteasas, fosfatasas, lipasas, nucleasas y metabolizadores de HC. [En el caso de las especies bacterianas gramnegativas patógenas, muchos de los factores de virulencia líticos (p. ej., colagenasas, hialuronidasas, proteasas y b-lactamasa) se encuentran en el espacio periplásmico.]
La membrana externa mantiene la estructura bacteriana y constituye una barrera impermeable a moléculas de gran tamaño y moléculas hidrófobas, ofrece protección a condiciones ambientales adversas. Esta membrana está constituida principalmente por lipopoisacaridos LPS.
El LPS es un componente muy importante que caracteriza a una bacteria Gram negativa. Y está formado a su vez por tres regiones estructurales con diferentes funciones: el lípido A, la región central del polisacárido y el antígeno O.
El lípido A actúa como endotoxina (toxina que forma parte de la misma bacteria, es decir es parte de su estructura en este caso de su pared, y se libera cuando la bacteria se lisa). Las funciones de esta endotoxina son:
-Activación del complemento
- Liberación de citoquinas
- Leucocitosis
- Trombocitopenia
- Coagulación intravascular diseminada 
- Fiebre
- Compromiso de la circulación periférica 
- Fallo circulatorio complejo
- Muerte
La región central del polisacárido es un polisacárido ramificado tiene función estructural. El antígeno O está unido a la región central y se proyecta hacia el exterior de la bacteria. Actúa como antígeno, es lo que denomina Ag de pared. 
La Neisseria libera moléculas de lipooligosacaridos LOS dando fiebre y síntomas graves. Algunas proteínas como las porinas de la membrana externa cuando están en concentraciones elevadas tiene la capacidad predisponerse como poros en las membranas celulares permitiendo la difusión por medio de estas. El poro funciona como un canal de acceso de metabolitos y antimicrobianos hidrófilos de tamaño pequeño. 
Si la membrana externa es vulnerada se genera un esferoplasto que es sensible a los cambios osmóticos por lo que puede producir su muerte.
Estructuras externas
Capsula: algunas bacterias se encuentran rodeadas por unas capas laxas de proteínas y polisacáridos denominados capsulas. En los casos en que las adhesiones muy débiles y el grosor o la densidad no son uniformes, se habla de capa de limo o también llamada glucocalix. [Una excepción a esta regla es Bacillus anthracis, que produce una cápsula polipeptídicas]. Esta estructura permite la adherencia o fijación de la bacteria a los tejidos del hospedador, por lo tanto se comporta como un factor de patogenicidad.
La cápsula es poco antigénica y es antifagocítica; además, constituye un factor de virulencia significativo como por ejemplo en el Streptococcus peumoniae. 
Algunas bacterias producen una biopelicula polisacarida cuando hay suficiente cantidad de bacterias y en algunas condiciones favorece el crecimiento protegiéndola de antibióticos y las defensas del hospedador. Ejemplo de biopelicula es la placa dental generada por S. mutans.
La capsula es considerada un estructura variable y no es vital ya que si la bacteria la pierde esta no muere solo modifica su patogenicidad, también agregamos que la capsula tiene un antígeno capsular que se denomina antígeno K (Ag K).
Flagelo: son propulsores en forma de cuerda que están formados por unas subunidades proteicas enrolladas helicoidalmente (flagelina), se unen a la célula por medio de un gancho y cuerpo basal. Pueden se flagelos únicos o tener varios. Su movimiento se debe a la activación del ATP directamente a la flagelina, permitiendo que las bacterias se muevan hacia los nutrientes y evite sustancias toxicas, el flagelo bacteriano es un factor antigénico.
Fimbrias (pili): son estructuras extra celulares que participan tanto del movimiento como de la adhesión celular, internamente se compone por proteínas llamadas pilina, carece de estructura helicoidal, y suelen ser abundantes predispuestos en forma uniforme.
Debido a su papel en las bacterias son considerados como determinante de virulencia en las infecciones urinarias de E. coli e infecciones de Neisseria gonorrhoeae.
Algunos pilis son considerados sexuales y se los denomina “pili F”, que se unen a otras bacterias e intercambiando material genético en un fenómeno denominado “conjugación bacteriana”. Los pili son codificados por “plásmidos F”.
Esporas: Algunos géneros de bacterias Gram positivas como Clostridium y Bacillus cuando se encuentran en condiciones desfavorables para su supervivencia son capaces de formar esporas que son formas de resistencia a condiciones adversas como el calor, la desecación, radiaciones, desinfectantes químicos y desaparición de nutrientes. La localización de la espora en el interior de la célula constituye una característica de cada bacteria que puede facilitar su identificación. 
Una espora es una estructura deshidratada formada por múltiples capas que protege a la bacteria en su estado de latencia. Está en su interior tiene una copia completa del cromosoma bacteriano, ribosomas suficientes, concentración de proteínas necesarias y gran cantidad de calcio unido al ácido dipicolínico. 
Posee una membrana interna, dos capas de peptidoglucano y una capa proteica semejante a la queratina externa, y son tan resistentes a los factores ambientales que pueden mantener su viabilidad durante siglos. De este modo, el ADN queda recubierto por las dos capas de membrana y el peptidoglucano, estas dos capas están rodeadas por la corteza, formada por una capa delgada interna de peptidoglucano rígido y por una laxa capa externa de peptidoglucano. La corteza se rodea de una dura capa proteica semejante a la queratina que protege a la espora
Estas estructuras no tienen actividad metabólica pero se mantienen en las condiciones desfavorables. Cuando estas condiciones cambien y sean las adecuadas, la bacteria vuelve a formar una célula vegetativa idéntica a la célula original (bacteria metabólicamente activa) en un proceso que se denomina germinación.
Esta germinación o transformación de las esporas en el estado vegetativo se estimula por la alteración de la continuidad de la capa externa debido a factores mecánicos, el pH, el calor u otros parámetros; así mismo, requiere la presencia de agua y un nutriente desencadenante por ejemplo la Alanina. El proceso dura aprox. 90 minutos, donde la espora capta agua, se hincha pierda sus capas y genera la nueva célula.
Las esporas puede ubicarse en distintos lugares dentro del cuerpo de la bacteria, pudiendo entonces clasificarse a las esporas en:
- Centrales: cuando se ubican en el centro de la bacteria.
- Terminales: se encuentran en uno de los extremos.
- Subterminales: ubicadas en una posición intermedia entre el centro y el extremo bacteriano.