Catedra de Biologia

CELULA PROCARIOTA

Las células procariotas estructuralmente son las más simples y pequeñas no contienen núcleo que proteja al material genético. Los organismos procariotas son las bacterias y las algas cianofíceas. Todos ellos pertenecen al Reino Móneras.

Generalmente presentan las siguientes partes:

●Pared rígida que le da forma.

●Membrana plasmática que les separa del medio donde viven y que controla el paso de sustancias. Presenta unas arrugas hacia su interior que se denominan mesosomas. En ellos se realiza gran cantidad de actividades celulares, como fijar el ADN, realizar la respiración celular, produciendo energía o controlar la división de la célula.

●Citoplasma, que está lleno de agua y contiene gran cantidad de sustancias disueltas gotas de lípidos o inclusiones de sustancias de reserva como el almidón. En el citoplasma se realizará el conjunto de reacciones químicas que le permiten a la célula sobrevivir. Esto es, el metabolismo celular.

●Ribosomas, son los lugares donde se construyen las proteínas.

●ADN, que es el material genético que controla la actividad celular. El ADN se encuentra formando una estructura circular, constituye el único cromosoma de la célula. Parece en una zona del citoplasma denominada nucleoide.

●Plásmidos, pequeñas secuencias de ADN circular extra cromosómico que le confieren a la célula la capacidad de intercambiar material genético con otras células o resistencia frente a antibióticos.

Muchas bacterias poseen flagelos, que son estructuras que permiten que la célula se mueva.

Otras bacterias presentan Pili que son estructuras rígidas que parten de la membrana celular.

Sirven para que las células se conecten y así puedan transmitirse información.

A continuación le describiremos más claramente cada uno de sus componentes.

Pared: Gram + y Gram -.

En la mayoría de estas células, una pared celular rígida, permeable, rodea por fuera a la membrana plasmática, ayudando a mantener la forma de la célula y a resistir la presión interna que puede causar la entrada de agua por osmosis.

En las bacterias más típicas, la pared tiene como compuesto representativo un peptidoglucano como la muerina. La estructura y composición de la pared se utiliza para identificar bacterias. Un método muy utilizado en la Tinción de Gram.

•Gram +:

La pared es muy ancha y esta formada por numerosas capas de

peptidoglucano, reforzadas por moléculas de ácido teicoico (compuesto complejo que incluye azucares, fosfatos y aminoácidos).

•Gram -:

Es más estrecha y compleja, ya que hay una sola capa de peptidoglicano y, por fuera de ella, hay una bicapa lipídica que forma una membrana externa muy permeable, pues posee numerosas porinas, proteínas que forman amplios canales acuosos.

Fuera de la pared suele haber una capa pegajosa o Glicocálix ,con polisacáridos, proteínas o mezclas de ambos compuestos. Cuando tiene una estructura muy organizada y está unida firmemente a la pared se llama Cápsula.

Estos materiales ayudan a las bacterias a adherirse a diferentes superficies (dientes, células, rocas, etc.) y las hacen más virulentas al protegerlas, a modo de coraza, del ataque de otras células.

Está formada al igual que en las células eucariotas, a excepción de las arqueobacterias, por una bicapa de lípidos con proteínas, pero más fluida y permeable por no tener colesterol. Asociadas a la membrana se encuentran muchas enzimas, como las que intervienen en los procesos de utilización del oxígeno. Cuando las bacterias realizan la respiración celular necesitan aumentar la superficie de su membrana, por lo que presentan invaginaciones hacia el interior, los mesosomas.

En las células procariotas fotosintéticas hay invaginaciones asociadas a la presencia de las moléculas que aprovechan la luz, son los llamados cromatóforos, que se utilizan para llevar a cabo la fotosíntesis y se componen de pigmentos de bacterioclorofila y carotenoides.

En el interior celular, dispersos por el citoplasma, se encuentran una gran cantidad de ribosomas, un poco más pequeños que los ribosomas eucarióticos (70S en lugar de 80S), pero con la misma configuración general.

Algunas bacterias tienen uno o más flagelos bacterianos que sirven para el movimiento de la célula. Su disposición es característica en cada especie y resulta útil para identificarlas. Su estructura y modo de actuar son muy diferentes a los de los flagelos de las células eucarióticos. No están rodeados por la membrana celular, sino que constan de una sola estructura alargada, formada por la proteína flagelina, anclada mediante anillos en la membrana. Mueven la célula girando, como si fueran las hélices de un motor.

Muchas especies tienen también fimbrias o Pili (pelos), proteínas filamentosas cortas que se proyectan por fuera de la pared celular. Algunos Pili ayudan a las bacterias a adherirse a superficies, otros facilitan la unión a otras bacterias para que se pueda producir la conjugación, esto es, una transmisión de genes entre ellas.

Fimbrias son órganos de adhesión y fijación, muy numerosas y más cortas que los pilis.

El filamento flagelar es una estructura cilíndrica fina, hueca y rígida que tiene un papel “pasivo” durante el movimiento flagelar, actuando de manera análoga a la hélice de un barco.

Está constituido por el ensamblaje de miles de subunidades idénticas de una proteína llamada flagelina.

El nucleoide o zona en que está situado el cromosoma bacteriano está formado por una única molécula de ADN circular de doble cadena, asociada con unas pocas proteínas no histónicas. Esta molécula permanece anclada en un punto de la membrana plasmática.

Las bacterias pueden tener uno o más plásmidos, son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. Están presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos Eucariotas como las levaduras pequeños círculos autorreplicantes de ADN que tienen unos pocos genes.

Hay algunos plásmidos integrativos, vale decir tienen la capacidad de insertarse en el cromosoma bacteriano. Digamos que rompe el cromosoma y se sitúa en medio, con lo cual, automáticamente la maquinaria celular también reproduce el plásmido. Cuando ese plásmido se ha insertado se les da el nombre de episomas.

Como el resto de los organelos celulares, el nucleoide en los procariotes, es un componente altamente especializado. De hecho podemos considerarlo como el centro organizador y regulador de podemos considerarlo como el centro organizador y regulador de la a célula.

Posee dos funciones principales:

Almacena y transmite el material genético o ADN, y Coordinando la síntesis de proteínas, regula las actividades celulares, que incluyen el metabolismo, el crecimiento y la división celular.

Está formado por una sola molécula de ADN de doble cadena helicoidal, superenrollada. En la gran mayoría de las bacterias los dos extremos de esta cadena se unen dos extremos covalentemente para formar topológicamente un círculo de actividad genética.

Este cromosoma bacteriano tiene habitualmente unas 1000 μm de La longitud y frecuentemente contiene tantos como 3500 genes. La

E. coli, que mide de 2- 3 μm de longitud, contiene un cromosoma de 1400 μm.

Son básicas y se unen por interacción iónica con el ARNr (acídico). Las proteínas Ribosoma les se encuentran generalmente en estequiometria molar de 1:1 tanto entre

Ellas como ribosoma. En experimentos de reconstitución del ribosoma se ha Demostrado que las proteínas ribosomales se agregan al rnar en un orden específico.

Aunque en general es adecuado decir que el genoma de los procariotes consta de un solo cromosoma, muchas bacterias poseen, además, uno o varios elementos genéticos accesorios extracromosómicos, a los que denominamos

Plásmidos.

Se definen como elementos genéticos extracromosómicos con capacidad de replicación autónoma (es decir, constituyen replicones propios). „Todos los plásmidos bacterianos conocidos están formados por una cadena doble de ADN.

Cuerpos de Inclusion:

Grandes cuerpos de inclusión que sirven para almacenar Nitrógeno en las cianobacterias.

Las cianobacterias, los tiobacilos y otras bacterias nitrificantes que pueden reducir el CO2 para producir carbohidratos, poseen inclusiones, llamadas carboxisomas, que contienen las enzimas necesarias para realizar la fijación del CO2

Algunas bacterias acuáticas fotosintéticas contienen vacuolas de gas. Estas vacuolas son cilindros proteicos huecos permeables a los gases de la atmósfera que ayudan a los microorganismos a regular su flotación.

Almacenan fosfatos

Almacenan azufre.

Algunas bacterias poseen cuerpos de inclusión que almacenan polihidroxibutirato

Algunas bacterias acuáticas móviles son capaces de orientarse en respuesta a la presencia del campo magnético terrestre. Esto se debe a la presencia en el citoplasma de cuerpos de inclusión que contienen cristales de magnetita o de algunos otros compuestos que pueden funcionar como pequeños magnetos.

La pared que poseen la mayoría de las bacterias explica la constancia de su forma. En efecto, es rígida, dúctil y elástica. „

Su importancia reside en la naturaleza química del compuesto macromolecular que le confiere su rigidez.

Envolturas de naturaleza mucosa externas a la pared celular.

Enzimas, como las que intervienen en los procesos de utilización del oxígeno. Cuando las bacterias realizan la respiración celular necesitan aumentar la superficie de su membrana, por lo que presentan invaginaciones (pliegues) hacia el interior. En las células procariotas fotosintéticas hay mesosomas asociadas a la presencia de las moléculas que aprovechan la luz en los procesos de fotosíntesis.

El cromosoma bacteriano está formado por una única molécula de ADN circular de doble cadena, asociada con unas pocas proteínas no histónicas. Esta molécula permanece anclada en un punto de la membrana plasmática. Las bacterias pueden tener uno o más plásmidos, pequeños círculos autorreplicantes de ADN que tienen unos pocos genes.

Ciertos plásmidos pueden entrar y salir del cromosoma bacteriano; cuando están incorporados, estos son los episomas.

Consiste en una serie de fibras que da forma a la célula y conecta distintas partes celulares, como si se tratara de vías de comunicación celulares. Es una estructura en continuo cambio.

Está formado por una red de membranas que forman cisternas, sáculos y tubos aplanados. Delimita un espacio interno llamado lumen del retículo y se halla en continuidad estructural con la membrana externa de la envoltura nuclear. Se pueden distinguidos tipos:

· Retículo endoplasma tico rugoso: Presenta ribosomas unidos a su membrana. En él se realiza la síntesis proteica. Al verse enel microscopio se da sensación de verse granos.

· Retículo endoplasmático liso: Carece de ribosomas y está formado por túbulos ramificados y vesículas esféricas.

Es una extensión del retículo endoplasmático estando ubicado en la cercanía del núcleo. Su función es la de intervenir en los procesos secretores de l célula y la de servir de almacenamiento temporal para proteínas y otros compuestos sintetizados.

El espacio periplasmático es el compartimento que rodea al citoplasma en algunas células procariotas, como por ejemplo en las bacterias Gram negativa. Aparece comprendido entre la membrana plasmática, por dentro, y la membrana externa de las gram negativas, por fuera. Tiene una gran importancia en el metabolismo energético, que se basa en la alimentación por procesos activos de diferencias de composición química, concentración osmótica y carga eléctrica entre este compartimento y el citoplasma.

Dispersos en el citoplasma. son Vesículas que provienen del aparato de Golgi, rodeada por una membrana, es de forma esférica.

Digiere las sustancias que lleguen a su interior

Se trata de pliegues membranosos que se extienden desde la membrana plástica hacia el interior (abiertos: no forma compartimentos). Su función puede ser muy diversa dependiendo de el organismo que se trate, como por ejemplo: presentar pigmentos relacionados con la fotosíntesis (bacteriorodopsina o bacterioclorofila) o partículas captadores de nitrógeno molecular, etc.).

Se trata de un gel, que deja que las estructuras inmersas en él se muevan fácilmente. Su constitución es de agua , proteínas, iones, lípidos e hidratos de carbono.

Un operón se utiliza como una unidad genética funcional formada por un grupo o complejo de genes capaces de ejercer una regulación de su propia expresión por medio de los sustratos con los que interaccionan las proteínas codificadas por sus genes. Este complejo está formado por genes estructurales que codifican para la síntesis de proteínas, que participan en vías metabólicas regulada por otros 3 factores de control, llamados:

Factor promotor: zona que controla el inicio de la transcripción del operón, ya que la ARN polimerasa tiene afinidad por ella. Realmente, como un gen es cada unidad de transcripción independiente, y puesto que el operón tiene un único promotor que controla toda su expresión, no hay elementos para decir que se trate de "varios genes" de expresión coordinada; más correcto sería decir que el operón es un único gen que codifica un ARNm policistrónico (es decir, con muchos codones de inicio y término, con lo que a la hora de traducirse dará lugar a varias proteínas independientes).
Operador: zona de control que permite la activación/desactivación del promotor a modo de "interruptor génico" por medio de su interacción con un compuesto inductor. Esto lo logra porque tiene secuencias reconocibles por proteínas reguladoras.

Gen regulador: alguno de los genes del operón pueden codificar factores de transcripción que se unan al promotor, regulando así la propia expresión del operón. A toda regulación de la expresión realizada desde dentro del gen u operón se le llama "regulación en cis", pero puede haber también genes muy alejados del operón que codifiquen factores de transcripción para uno o varios otros genes u operones, y en este caso se hablaría de "regulación en trans".

Esta anclado en la membrana citoplasmática y en la pared celular, compuesto por proteínas (está tor, complejo Mot), y atraviesa varios sistemas de anillos. El motor está impulsado por la fuerza motriz de una bomba de protones, es decir, por el flujo de protones (iones de hidrógeno) a través de la membrana plasmática bacteriana

La membrana externa refiere al exterior de las membranas de bacterias Gram-negativas, cloroplastos o mitocondrias. Se utiliza para mantener la forma del organelo contenido dentro de su estructura, y actúa como barrera contra ciertos peligros.

Una biopelícula o biofilm es un ecosistema microbiano organizado, conformado por uno o varios microorganismos asociados a una superficie viva o inerte, con características funcionales y estructuras complejas. Este tipo de conformación microbiana ocurre cuando las células planctónicas se adhieren a una superficie o sustrato, formando una comunidad, que se caracteriza por la excreción de una matriz extracelular adhesiva protectora.

Son partículas solidas que han ingresado a la célula por endocitos, están formados por moléculas cuyos átomos están unidos entre si por enlaces químicos.

Aportan a la energía necesaria para que la célula cumpla con sus procesos como la respiración celular, y además ayuda a poner partes destruidas de la estructura celular

(exclusivo de procariontes). Tiene la información genética de la célula, normalmente consiste en una molécula de DNA duplo-helicoidal, está anclado a la membrana interna, y está disperso pero con cierto orden.

(exclusivo de Procariontes). Están adheridas a la membrana interna, y son paquetes de enzimas fotosintéticas, en caso de que sea una bacteria foto-sintética, es una especie de organelo primitivo. Aquí inicia la minimización de la entropía. Aquí inicia la fotosíntesis, y son equivalentes a las membranas internas del cloroplasto.

Son mas largos y gruesos que las fimbiras adhesivas, están codificados por plasmidos, funcionan en las primeras etapas del proceso de conjugación, algunos son receptores de fagos.

Los carboxisomas son inclusiones citoplasmáticas de forma poliédrica presentes en algunas bacterias. Contiene la enzima Ribulosa-1,5-bisfosfato-carboxilasa-oxigenasa (RuBisCO), la cual se encarga de la fijación del dióxido de carbono durante la fotosíntesis. Se han encontrado carboxisomas en cianobacterias, bacterias nitrificantes, bacterias fotosintéticas y bacterias quimiolitotróficas