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5.3: Paredes celulares bacterianas - Biología

5.3: Paredes celulares bacterianas - Biología



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Función de las paredes de las células bacterianas = previene la lisis osmótica

  • ¿Qué es la lisis osmótica?
  • ósmosis: la difusión de agua desde un área de alta concentración de agua a un área de baja concentración de agua a través de una membrana semipermeable
    • -Debido a que los solutos (iones, moléculas) ocupan espacio, existe una relación inversa entre la concentración de solutos y la concentración de agua:
      • -Si alta concentración de solutos = baja concentración de agua
      • -Si baja concentración de solutos = alta concentración de agua

-Debido a que nos interesa lo que les sucede a las células, necesitamos describir el entorno en el que vive la célula.

Ambientes hipoosmóticos / hipotónicos: la concentración de solutos en el ambiente es menor que dentro de la célula

Ambientes hiperosmóticos / hipertónicos: la concentración de solutos en el ambiente es mayor que dentro de la célula

Ambientes isoosmóticos / isotónicos: la concentración de solutos en el ambiente es igual a la del interior de la célula

-Si un compartimento (por ejemplo, una celda) tiene una concentración de soluto más alta que su entorno (fuera de la celda), la concentración de agua dentro de la celda será menor que fuera de la celda. En consecuencia, habrá un movimiento neto / ósmosis de agua hacia la célula desde el medio ambiente. A medida que el agua entra, la presión se acumula dentro de la célula y, finalmente, la membrana citoplasmática se romperá en un proceso llamado lisis osmótica (similar a la explosión de un globo de agua). La lisis osmótica siempre mata una célula.

Figura 1: a.Célula en ambiente hipoosmótico sometida a lisis osmótica. B. El peptidoglicano de la pared celular bacteriana previene la lisis osmótica

El peptidoglicano de la pared celular de las bacterias previene la lisis osmótica: La mayoría de las bacterias crecen en ambientes hipoosmóticos. ¿Cómo previenen las bacterias la lisis osmótica? La mayoría de las bacterias sintetizan una pared celular fuerte hecha de peptidoglicano reticulado. La pared celular está fuera de la membrana citoplásmica similar a una "placa de caldera" o una armadura. El peptidoglicano de la pared celular es similar al alambre reticulado. El peptidoglicano de la pared celular previene la lisis osmótica cuando el agua entra en la célula, pero SOLO si el peptidoglicano de la pared celular está reticulado. Cualquier cosa que evite la formación de enlaces cruzados o que corte los enlaces cruzados debilitará el peptidoglicano de modo que ya no pueda prevenir la lisis osmótica.

Peptidoglicano

El peptidoglicano está formado por largas cadenas de azúcares modificados, alternando N-acetilglucosamina ("NAG") y ácido N-acetilmurámico ("NAM"). Los enlaces covalentes fuertes unen los azúcares en cadenas (polímeros). Las subunidades de Nam tienen “colas” cortas formadas por 4 aminoácidos. Enzimas bacterianas especiales enlazan estas "colas de péptidos" para enlazar con el cuerpo el peptidoglicano. Las enzimas bacterianas que ayudan a reticular el peptidoglicano se denominan "transpeptidasas bacterianas ”. Ver diagrama distribuido en la conferencia

Peptidoglicano: NAM = N-acetilglucosamina NAM = ácido N-acetlymurámico aa = aminoácido

NAM --- NAG ----- NAM ------ NAG ------ NAM ------ NAG ----- NAM

aa aa aa aa

aa aa aa aa

aa aa / -> aa aa

aa aa / -> aa -> aa / aa aa aa aa

-> aa / aa aa aa

aa aa aa aa

aa aa aa aa

NAM --- NAG ----- NAM ------ NAG ------ NAM ------ NAG ----- NAM

  • / -> Indica enlaces formados por transpeptidasa bacteriana; estos enlaces no se forman en presencia de antibióticos beta-lactámicos

* Idea clave: antibióticos beta-lactámicos (p.ej. penicilina, ampicilina, amoxicilina, oxacilina meticilina) se unen e inhiben la transpeptidasa bacteriana. En consecuencia, el peptidoglicano no se reticula, se debilita y no puede prevenir la lisis osmótica y la bacteria muere.

Los seres humanos infectados con patógenos bacterianos pueden tomar antibióticos betalactámicos como penicilina o ampicilina, lo que desencadena la lisis y la muerte de las bacterias sin dañar las células humanas.

Vancomicina es otro antibiótico poderoso que también inhibe la reticulación del peptidoglicano bacteriano que causa la lisis osmótica en bacterias en crecimiento


La envoltura celular bacteriana

La envoltura celular de las bacterias es una estructura compleja de múltiples capas que sirve para proteger a estos organismos de su entorno impredecible y, a menudo, hostil. Las envolturas celulares de la mayoría de las bacterias se dividen en uno de dos grupos principales. Las bacterias gramnegativas están rodeadas por una fina pared celular de peptidoglicano, que a su vez está rodeada por una membrana externa que contiene lipopolisacárido. Las bacterias grampositivas carecen de membrana externa, pero están rodeadas por capas de peptidoglicano muchas veces más gruesas que las que se encuentran en las gramnegativas. Pasando a través de estas capas de peptidoglicano hay polímeros aniónicos largos, llamados ácidos teicoicos. Se discuten la composición y organización de estas capas de envoltura y los conocimientos recientes sobre los mecanismos del ensamblaje de la envoltura celular.

Cifras

Máquinas transenvelope en el Gram-negativo ...

Máquinas de transenvelope en el sobre celular Gram-negativo. Las proteínas AcrA / B junto con TolC ...

Las maquinarias celulares necesarias para ...

Las maquinarias celulares necesarias para la biogénesis de la OM. La vía Lpt, junto con MsbA,…

Representación de Gram-positivos y Gram-negativos ...

Representación de envolturas celulares Gram-positivas y Gram-negativas: CAP = proteína IMP unida covalentemente,…


Conexión visual

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera?

  1. Las bacterias grampositivas tienen una única pared celular anclada a la membrana celular por el ácido lipoteicoico.
  2. Las porinas permiten la entrada de sustancias en bacterias Gram positivas y Gram negativas.
  3. La pared celular de las bacterias Gram negativas es gruesa y la pared celular de las bacterias Gram positivas es delgada.
  4. Las bacterias gramnegativas tienen una pared celular formada por peptidoglicano, mientras que las bacterias grampositivas tienen una pared celular formada por ácido lipoteicoico.

Las paredes de las células arcaicas no tienen peptidoglicano. Hay cuatro tipos diferentes de paredes de células arqueas. Un tipo está compuesto por pseudopeptidoglicano, que es similar al peptidoglicano en morfología pero contiene diferentes azúcares en la cadena de polisacáridos. Los otros tres tipos de paredes celulares están compuestos por polisacáridos, glicoproteínas o proteína pura. Otras diferencias entre Bacteria y Archaea se ven en la (Figura). Tenga en cuenta que las características relacionadas con la replicación, transcripción y traducción del ADN en Archaea son similares a las observadas en eucariotas.

Diferencias y similitudes entre bacterias y arqueas
Característica estructural Bacterias Arqueas
Tipo de célula Procariota Procariota
Morfología celular Variable Variable
Pared celular Contiene peptidoglicano No contiene peptidoglicano
Tipo de membrana celular Bicapa lipídica Bicapa lipídica o monocapa lipídica
Lípidos de la membrana plasmática Ácidos grasos-éster de glicerol Éteres de fitanil-glicerol
Cromosoma Normalmente circular Normalmente circular
Orígenes de la replicación Soltero Múltiple
Polimerasa de ARN Soltero Múltiple
ARNt iniciador Formil-metionina Metionina
Inhibición de estreptomicina Sensible Resistente
ciclo de Calvin No


5.3 Reproducción y meiosis

La división celular es la forma en que los organismos crecen y se reparan a sí mismos. También es la forma en que producen descendencia. Muchos organismos unicelulares se reproducen por fisión binaria. La célula madre simplemente se divide para formar dos células hijas que son idénticas a la madre. En muchos otros organismos, están involucrados dos padres y la descendencia no es idéntica a los padres. De hecho, cada descendencia es única. Mira a la familia en Figura debajo. Los niños se parecen a sus padres, pero no son idénticos a ellos. En cambio, cada uno tiene una combinación única de características heredadas de ambos padres. En esta lección, aprenderá cómo sucede esto.

Reproducción: asexual versus sexual

La reproducción es el proceso por el cual los organismos dan origen a la descendencia. Es una de las características definitorias de los seres vivos. Hay dos tipos básicos de reproducción: reproducción asexual y reproducción sexual.

Reproducción asexual

Reproducción asexual involucra a un padre soltero. Da lugar a una descendencia que es genéticamente idéntica entre sí y al padre. Todos los procariotas y algunos eucariotas se reproducen de esta manera. Existen varios métodos diferentes de reproducción asexual. Incluyen fisión binaria, fragmentación y gemación.

  • La fisión binaria ocurre cuando una célula madre se divide en dos células hijas idénticas del mismo tamaño. Este proceso se describió en detalle en la lección "División celular y ciclo celular".
  • La fragmentación ocurre cuando un organismo padre se rompe en fragmentos o pedazos, y cada fragmento se convierte en un nuevo organismo. Estrella de mar, como la de Figura a continuación, reproduzca de esta manera. Una nueva estrella de mar puede desarrollarse a partir de una sola raya o brazo.

  • La brotación ocurre cuando una célula madre forma un brote similar a una burbuja. La yema permanece adherida a la célula madre mientras crece y se desarrolla. Cuando la yema está completamente desarrollada, se desprende de la célula madre y forma un nuevo organismo. La brotación en levadura se muestra en Figura debajo.

La reproducción asexual puede ser muy rápida. Esta es una ventaja para muchos organismos. Les permite desplazar a otros organismos que se reproducen más lentamente. Las bacterias, por ejemplo, pueden dividirse varias veces por hora. ¡En condiciones ideales, 100 bacterias pueden dividirse para producir millones de células bacterianas en solo unas pocas horas!

Mire este breve video que muestra cuán rápido se pueden reproducir las bacterias:

Sin embargo, la mayoría de las bacterias no viven en condiciones ideales. Si lo hicieran, toda la superficie del planeta pronto estaría cubierta con ellos. En cambio, su reproducción se mantiene bajo control por recursos limitados, depredadores y sus propios desechos. Esto también es cierto para la mayoría de los demás organismos.

Reproducción sexual

Reproducción sexual involucra a dos padres. Como puedes ver en Figura a continuación (más allá de la alerta de la palabra raíz y el video), en la reproducción sexual, los padres producen células reproductivas, llamadas gametos—Que se unen para formar una descendencia. Los gametos son haploide células. Esto significa que contienen solo la mitad del número de cromosomas que se encuentran en otras células del organismo. Los gametos son producidos por un tipo de división celular llamada meiosis, que se describe en detalle a continuación. El proceso en el que dos gametos se unen se llama fertilización.

La célula fertilizada que resulta se conoce como cigoto. Un cigoto es diploide célula, lo que significa que tiene el doble de cromosomas que un gameto.

La mitosis, la meiosis y la reproducción sexual se tratan en http://www.youtube.com/watch?v=kaSIjIzAtYA.

Mitosis

El proceso que produce gametos haploides es la meiosis (ver Figura encima). Mitosis es un tipo de división celular en la que el número de cromosomas se reduce a la mitad. Ocurre solo en ciertas células especiales de los organismos. Durante la meiosis, los cromosomas homólogos se separan y se forman células haploides que tienen solo un cromosoma de cada par. Se producen dos divisiones celulares durante la meiosis y se producen un total de cuatro células haploides. Las dos divisiones celulares se denominan meiosis I y meiosis II. El proceso general de la meiosis se resume en Figura debajo.

¿Listo para completar un imprimible que te ayudará a recordar el contenido del video de arriba? ¡Aqui tienes!

Sé que completar imprimibles y hojas de trabajo puede parecer muy aburrido, pero realmente te ayuda a aprender y recordar el material. Me agradecerás cuando tomes tu clase de biología en la universidad o cuando estés en una reunión social algún día y suenes muy bien educado al impresionar a algunos que no educan en casa con tu profundo conocimiento de la diferencia entre mitosis y meiosis. ¡Bien, educación en el hogar!

También se describe en detalle a continuación. Puede ver una animación de la meiosis en este enlace:

Fases de la meiosis

La meiosis I comienza después de que el ADN se replica durante la interfase. Tanto en la meiosis I como en la meiosis II, las células pasan por las mismas cuatro fases que la mitosis. Sin embargo, existen diferencias importantes entre la meiosis I y la mitosis. El diagrama de flujo en Figura a continuación se muestra lo que sucede tanto en la meiosis I como en la II. Puede seguir los cambios en el diagrama de flujo a medida que lee sobre ellos a continuación.

Las fases de la meiosis se analizan en http://www.youtube.com/watch?v=ijLc52LmFQg (27:23). ¡Alerta de video OPCIONAL!

Meiosis I
  1. Profase I: la envoltura nuclear comienza a descomponerse y los cromosomas se condensan. Los centríolos comienzan a moverse hacia los polos opuestos de la célula y comienza a formarse un huso. Es importante destacar que los cromosomas homólogos se emparejan, lo que es exclusivo de la profase I. En la profase de la mitosis y la meiosis II, los cromosomas homólogos no forman pares de esta manera.
  2. Metafase I: las fibras del huso se unen a los cromosomas homólogos emparejados. Los cromosomas emparejados se alinean a lo largo del ecuador de la célula. Esto ocurre solo en la metafase I. En la metafase de la mitosis y la meiosis II, son las cromátidas hermanas las que se alinean a lo largo del ecuador de la célula.
  3. Anafase I: las fibras del huso se acortan y los cromosomas de cada par homólogo comienzan a separarse entre sí. Un cromosoma de cada par se mueve hacia un polo de la célula y el otro cromosoma se mueve hacia el polo opuesto.
  4. Telofase I y citocinesis: el huso se rompe y se forman nuevas membranas nucleares. El citoplasma de la célula se divide y resultan dos células hijas haploides. Cada una de las células hijas tiene una variedad aleatoria de cromosomas, con uno de cada par homólogo. Ambas células hijas pasan a la meiosis II.
Meiosis II
  1. Profase II: la envoltura nuclear se rompe y el huso comienza a formarse en cada célula hija haploide de la meiosis I. Los centriolos también comienzan a separarse.
  2. Metafase II: las fibras del huso alinean las cromátidas hermanas de cada cromosoma a lo largo del ecuador de la célula.
  3. Anafase II: Las cromátidas hermanas se separan y se mueven a polos opuestos.
  4. Telofase II y citocinesis: el huso se rompe y se forman nuevas membranas nucleares. El citoplasma de cada célula se divide y resultan cuatro células haploides. Cada célula tiene una combinación única de cromosomas.

Gametogénesis

Al final de la meiosis, se han producido cuatro células haploides, pero las células aún no son gametos. Las células necesitan desarrollarse antes de que se conviertan en gametos maduros capaces de fertilizarse. El desarrollo de células haploides en gametos se llama gametogénesis. La gametogénesis puede diferir entre hombres y mujeres. Los gametos masculinos se llaman esperma. Los gametos femeninos se llaman huevos. En los hombres humanos, por ejemplo, el proceso que produce espermatozoides maduros se llama espermatogénesis. Durante este proceso, a los espermatozoides les crece una cola y adquieren la capacidad de "nadar", como los espermatozoides humanos que se muestran en Figura debajo. En las hembras humanas, el proceso que produce los huevos maduros se llama ovogénesis. Solo se produce un huevo a partir de las cuatro células haploides que resultan de la meiosis. El huevo único es una célula muy grande, como se puede ver en el huevo humano en Figura debajo.

Reproducción sexual y variación genética

La reproducción sexual da como resultado una descendencia genéticamente única. Se diferencian de ambos padres y también entre sí. Esto ocurre por varias razones.

  • Cuando los cromosomas homólogos se emparejan durante la meiosis I, puede ocurrir un cruce. Cruzando es el intercambio de material genético entre cromosomas homólogos. Da lugar a nuevas combinaciones de genes en cada cromosoma.
  • Cuando las células se dividen durante la meiosis, los cromosomas homólogos se distribuyen aleatoriamente a las células hijas y los diferentes cromosomas se segregan independientemente unos de otros. A esto se le llama distribución independiente. Da como resultado gametos que tienen combinaciones únicas de cromosomas.
  • En la reproducción sexual, dos gametos se unen para producir una descendencia. Pero, ¿cuáles dos de los millones de posibles gametos serán? Es probable que esto sea una cuestión de suerte. Obviamente, es otra fuente de variación genética en la descendencia.

Todos estos mecanismos trabajando juntos dan como resultado una asombrosa cantidad de variación potencial. Cada pareja humana, por ejemplo, tiene el potencial de producir más de 64 billones de niños genéticamente únicos. ¡No es de extrañar que todos seamos diferentes!

Reproducción sexual y ciclos de vida

La reproducción sexual ocurre en un ciclo. Los padres diploides producen gametos haploides que se unen y se convierten en adultos diploides, que repiten el ciclo. Esta serie de etapas de la vida y eventos por los que atraviesa un organismo que se reproduce sexualmente se llama suciclo vital. Los organismos que se reproducen sexualmente pueden tener diferentes tipos de ciclos de vida. Tres se describen en las siguientes secciones.

Ciclo de vida haploide

El ciclo de vida haploide (Figura a continuación) es el ciclo de vida más simple. Se encuentra en muchos organismos unicelulares. Los organismos con un ciclo de vida haploide pasan la mayor parte de su vida como gametos haploides. Cuando los gametos haploides se fusionan, forman un cigoto diploide. Rápidamente se somete a la meiosis para producir más gametos haploides que repiten el ciclo de vida.

Ciclo de vida diploide

Organismos con ciclo de vida diploide (Figura a continuación) pasan la mayor parte de sus vidas como adultos diploides. Cuando están listos para reproducirse, se someten a meiosis y producen gametos haploides. Los gametos luego se unen en la fertilización y forman un cigoto diploide. El cigoto se convierte en un adulto diploide que repite el ciclo de vida. ¿Puedes pensar en un organismo con un ciclo de vida diploide? (Insinuación: ¿Qué tipo de ciclo de vida tenemos los humanos?)

Alternancia de generaciones

Organismos que tienen un ciclo de vida con generaciones alternas (Figura abajo) alternan entre las etapas diploide y haploide. Los organismos con este tipo de ciclo de vida incluyen plantas, algas y algunos protistas. Estos ciclos de vida pueden ser bastante complicados. Puede leer sobre ellos en capítulos posteriores.

Resumen de la lección

  • La reproducción asexual involucra a uno de los padres y produce descendientes que son genéticamente idénticos entre sí y al padre. La reproducción sexual involucra a dos padres y produce descendientes genéticamente únicos.
  • Durante la reproducción sexual, dos gametos haploides se unen en el proceso de fertilización para producir un cigoto diploide. La meiosis es el tipo de división celular que produce gametos. Implica dos divisiones celulares y produce cuatro células haploides.
  • La reproducción sexual tiene el potencial de producir una enorme variación genética en la descendencia. Esta variación se debe al surtido independiente y al cruce durante la meiosis y la unión aleatoria de los gametos durante la fertilización.
  • Un ciclo de vida es la secuencia de etapas por las que pasa un organismo de una generación a la siguiente. Los organismos que se reproducen sexualmente pueden tener diferentes tipos de ciclos de vida, como ciclos de vida haploides o diploides.

Preguntas de repaso de la lección

Recordar

1. ¿Cuáles son los tres tipos de reproducción asexual?

2. Defina gameto y cigoto. ¿Qué cantidad de cromosomas tiene cada uno?

3. ¿Qué sucede durante la fertilización?

4. Resume las fases de la meiosis.

6. ¿Qué es la gametogénesis y cuándo ocurre?

Aplicar conceptos

7. Cree un diagrama para mostrar cómo ocurre el cruce y cómo crea nuevas combinaciones de genes en cada cromosoma.

8. Un organismo adulto produce gametos que pasan rápidamente por la fertilización y forman cigotos diploides. Los cigotos maduran hasta convertirse en adultos, que viven muchos años. Finalmente, los adultos producen gametos y el ciclo se repite. ¿Qué tipo de ciclo de vida tiene este organismo? Explica tu respuesta.

Piensa críticamente

9. Comparar y contrastar la reproducción asexual y sexual.

10. Explique por qué la reproducción sexual da como resultado una descendencia genéticamente única.

11. Explique en qué se diferencia la meiosis I de la mitosis.

Puntos a considerar

En los organismos que se reproducen sexualmente, los padres pasan una copia de cada tipo de cromosoma a su descendencia mediante la producción de gametos. Cuando los gametos se fertilizan y forman descendencia, cada uno tiene una combinación única de cromosomas y genes de ambos padres. La combinación de genes heredados determina las características de la descendencia.


Ver el vídeo: PARED CELULAR BACTERIANA (Agosto 2022).