Bacterias

CAPITULO 4

Anatomía funcional de las células procarióticas y eucarióticas

A pesar de su complejidad y variedad todas las células vivas pueden dividirse en dos grupos, las procariotas y las eucariotas, en base a su ultraestructura tal como se aprecia al microscopio electrónico. Las plantas y los animales están totalmente compuestos de células eucarióticas. En el mundo microbiano las bacterias son procariotas. Los otros microbios celulares son eucariotas: hongos (levaduras y mohos), protozoos y algas verdaderas.

Los virus, como elementos acelulares con ciertas propiedades de tipo celular, no encajan en ningún esquema de organización de las células vivas. Son partículas genéticas que se reproducen pero que son incapaces de realizar las actividades químicas habituales de las células vivas. El capítulo 12 trata de la estructura y actividad de los virus. Por el momento nos concentraremos en el estudio de las células procarióticas y eucarióticas.

Los procariotas y los eucariotas son químicamente similares: ambos contienen ácidos nucleicos, proteínas, lípidos y azúcares. Utilizan los mismos tipos de reacciones químicas para metabolizar los nutrientes, fabricar proteínas y almacenar energía. Es principalmente la estructura de las paredes celulares, de las membranas y los orgánulos (estructuras celulares especializadas que llevan a cabo funciones específicas) lo que distingue a los procariotas de los eucariotas.

Las características clave para distinguir las células procarióticas (lo que significa «prenúcleo» en griego) son las siguientes:

1. Su material genético (DNA) no está encerrado dentro de una membrana.

2. Carecen de otros orgánulos rodeados de membranas.

3. Su DNA no está asociado a proteínas de la clase de las histonas (proteínas cromosómicas especiales que se hallan en eucariotas).

4. Sus paredes celulares contienen casi siempre péptido glucano, un polisacárido complejo.

5. Suelen dividirse por fisión binaria. En este proceso se copia el DNA y la célula se divide en dos. La fisión binaria implica menos estructuras y procesos que la mitosis y división celular de los eucariotas.

Objetivos

- Identificar las tres morfologías básicas de las bacterias.

- Explicar las diferencias entre las paredes de las células gram-positivas y gram-negativas.

- Describir las estructura, composición química y funciones de la membrana citoplásmica.

- Definir difusión simple, ósmosis, difusión facilitada, transporte activo y traslocación de grupos.

- Idenficar las funciones de las estructuras de las célula procariótica.

- Comparar la estructura general de la célula, flagelos, núcleo y ribosomas de procariotas y eucariotas.

- Explicar que es un orgánulo.

- Describir las funciones del retículo endoplásmico, complejo de Golgi, mitocondrias, cloroplastos y lisosomas.

Las células eucarióticas (del griego «núcleo verdadero») poseen estructuras lineales de DNA llamadas cromosomas que se encuentran en el núcleo celular, el cual está separado del citoplasma por una membrana nuclear. El DNA de los cromosomas eucarióticos está asociado de forma constante a proteínas especiales cromosómicas, llamadas histonas y no-histonas. Los eucariotas presentan también un aparato mitótico (varias estructuras celulares que participan en un tipo de división nuclear llamada mitosis) y diversos orgánulos, entre los que se encuentran las mitocondrias, el retículo endoplásmico y a veces los cloroplastos. Revisaremos más adelante las características y funciones particulares de estos orgánulos.

La celula procariática

Los miembros del mundo procariota comprenden un vasto y heterogéneo grupo de organismos unicelulares. Este grupo incluye las eubacterias o bacterias verdaderas y las arqueobacterias. Los millares de especies bacterianas se diferencian por muchos factores, entre los que se cuentan la morfología, la composición química (a menudo detectada por reacciones de tinción), los requerimientos nutricionales y las actividades bioquímicas.

Figura 4-1. Disposiciones de los cocos. La disposición de las células viene determinada por el número de planos por los que se divide cada célula. A la izquierda aparecen los esquemas y a su derecha la correspondiente fotografía. (a) La división según un plano da lugar a diplococos (15.000x) y estreptococos (2.500x). (b) La división por dos planos origina tétradas (25.000x). (c) Las sarcinas (16.000x) y los estafilococos (2.500x) son el resultado de la división siguiendo tres planos.

Tamaño, morfología y disposición de las células bacterianas

Se da una gran variedad de tamaños y morfologías entre las bacterias. La mayoría de ellas oscilan entre 0,2 y 2,0 µm de diámetro y presentan una de las tres morfologías básicas siguientes: la esférica o de coco (que significa «baya»), la de bastoncillo o bacilo y la espiral.

Los cocos suelen ser esféricos, pero pueden ser ovalados, alargados o con un lado aplanado. Cuando los cocos se dividen para reproducirse pueden permanecer unidos uno a otro. Los cocos que permanecen en parejas tras dividirse se llaman diplococos (figura 4-1 a). Aquellos que se dividen en dos planos y forman grupos de cuatro se conocen como tétradas (figura 4-1 b). Los que se dividen por tres planos regulares y quedan divididos en grupos cúbicos de ocho se llaman sarcinas (figura 4-1 c) y aquellos que se dividen siguiendo planos al azar y forman racimos como los de uva o anchas láminas son estafilococos (figura 4-1 c). Estas agrupaciones son frecuentemente útiles para la identificación de algunos cocos.

Los bacilos se dividen solamente a través de su eje más corto, de forma que hay menos agrupamientos de bacilos que de cocos. Los diplobacilos aparecen en parejas tras la división (figura 4-2b) y los estreptobacilos se presentan en cadenas (figura 4-2 y lámina A-7). Algunos bacilos tienen el aspecto de cigarrillos, otros poseen extremos afilados como los cigarros puros. Existen aún otros que son ovalados y se parecen tanto a los cocos que se llaman cocobacilos (figura 4-2d). Sin embargo, la mayoría de los bacilos se presentan de forma aislada (figura 4-2a).

Figura 4-2. Bacilos. A la izquierda se muestran los esquemas y a la derecha sus correspondientes fotografias. (a) Bacilos aislados. (b) Díplobacilos. En la foto se aprecian algunas parejas de bacilos unidos que sirven de ejemplo de diplobacilos (2.000x). (c) Estreptobacílos (2.000x). (d) Cocobacílos (20.000x).

El término bacilo tiene dos significados en microbiología; usado como hasta ahora se refiere a la morfología bacteriana, pero puede ser también el origen de un nombre genérico. Por ejemplo, la bacteria Bacillus anthracis es el agente etiológico del carbunco.

Las bacterias espirales pueden tener una o más vueltas; nunca aparecen rectas. Los bacilos curvados en forma de coma se denominan vibrios (figura 4-3 a). Otros, llamados espirilos, poseen una morfología helicoidal característica, que recuerda un sacacorchos, con un cuerpo celular bastante rígido (figura 4-3b). Hay aún otro grupo de bacterias espirales llamadas espiroquetas (figura 4-3 c). A diferencia de los espirilos, que poseen flagelos, las espiroquetas se mueven por medio de un filamento axial, parecido a un flagelo pero que se encuentra dentro de una vaina externa flexible que rodea a la bacteria. Como se verá más adelante, algunos géneros bacterianos presentan morfologías y disposiciones más complejas.

Figura 4-3. Bacterias espirales. Esquema (izquierda) y sus correspondientes fotografías (derecha) de (a) vibríos (4.800x), (b) espirilos (17.000x) y (c) espiroquetas (4.000x).

Además de las tres morfologías básicas hay también células en forma de estrella (género Stella) y se han descubierto recientemente células planas, cuadrangulares (el propuesto género Arcula) (figura 4-4).

La morfología de una bacteria viene determinada por la herencia. Sin embargo, ciertas condiciones ambientales pueden alterar esa morfología y cuando esto ocurre la identificación se hace aún más difícil. Además algunas bacterias, como Rhizobium y Corynebacterium, son genéticamente pleomórficas, lo que significa que pueden presentar muchas morfologías.

En la figura 4-5 se muestra la estructura de una célula procariótica (bacteriana) característica. Estudiaremos sus componentes atendiendo al siguiente orden: (1) estructuras externas a la pared celular, (2) pared celular y (3) estructuras internas a la pared celular.

Figura 4-4. Células en forma de estrella y cuadrangulares. (a) SteIIa (en forma de estrella) (36.000x). (b) Arcula (de forma cuadrada) (1.700x).

Estructuras externas a la pared celular

Entre las estructuras externas a la pared celular procariótica se encuentran el glucocálix, que puede tomar la forma de una cápsula o de una capa mucilaginosa, los flagelos, los filamentos axiales y las fimbrias (pili).

Figura 4-5. Estructura de una célula procariótica (bacteriana) típica. En este esquema, un corte longitudinal revela las estructuras internas.

Glucocálix

Glucocálix es un término general empleado para referirse a las sustancias que rodean a las células bacterianas (también puede hablarse simplemente de pojímeros extracelulares). El glucocálix es un polímero gelatinoso compuesto de polisacáridos, de polipéptidos, o de ambos. Su complejidad química varía

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