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Citoplasma bacteriano: Sede del metabolismo de las bacterias, en el tienen lugar todas las reacciones biosinteticas y degradativas precisas para el crecimiento y actividad de la bacteria, incuida la síntesis de sus propias proteínas. Es una masa de materia viva delimitada por la membrana citoplasmática. Tiene en su interior:  Cuerpos nucleares (nucleoide)  Plásmidos (no en todas)  Ribosomas  Inclusiones (no en todas)  Orgánulos (no en todas) Al igual que en los demás seres vivos, el citoplasma es un sistema coloidal cuya fase dispersante es el agua, (sustancia en la cual se encuentran dispersadas otras), y la fase dispersa esta constituido por macromoléculas y conjuntos supramoleculares. Su observación: Tinción Gram Es poco de lo que podemos distinguir con el telescopio. En células jóvenes se tiñe de forma uniforme teniendo un carácter basófilo (abundancia de ARN) en la células viejas se tiñe de forma irregular debido a la aparición de inclusiones y acumulación de sustancias de desecho.

Citosol Llamamos citoplasma a todo el volumen de la célula comprendido entre la membrana citoplásmica y la cubierta nuclear. Engloba numerosos organelos y otras estructuras especializadas. En las bacterias, puesto que carecen de núcleo verdadero y de otros organelos limitados por membranas, el citoplasma es el único compartimiento intracelular. Llamamos Citosol a la solució n acuosa concentrada que constituye la baseno estructurada del citoplasma. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de molé culas grandes y pequeñas y en el cual se hallan suspendidos los organelos en los organismos eucariotes. En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición n de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes molé culas que constituyen la célula. En general, a pesar de su naturaleza acuosa, el citosol es una estructura ordenada con una cuidadosa organización interna que actúa como marco para dar eficiencia a la síntesis y destrucción de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.

Matriz Citoplasmática o Citosol Aunque el agua es su componente básico, el citosol es una masa coloidal químicamente muy compleja: consta: contiene proteí nas, lípidos, ácidos nucleicos, hidratos de carb ono, sales minerales y otras sustancias metabólicamente importantes. La parte periférica del citosol ,vecina a la membrana plasmática, es preciablemente menos densa y ha sido llamada exoplasma .Por el contrario, la parte central, vecina al núcleo celular, más densa, recibe el nombre de endoplasma. En algunas regiones puede presentaraspecto homogéneo, pero normalmente es granuloso y en él se encuentran inmersos todos los organelos del citoplasma. En el citosol se lleva a cabo una gran cantidad del procesamiento metab ó lico de la c é lula: se sintetizan compuestos primarios importantes (amino ácidos, sacarosa, lípidos) y compuestos secundarios como alcaloides. Incluye todos los elementos necesarios para la s íntesis de prote ínas (ribosomas, RNA mensajero, R NA soluble y las enzimas vinculadas con este proceso).

La membrana citoplasmática Es similar a la de la celula eucariota, una bicapa de fosfolípidos en la que se incluyen diversas proteínas, pero, salvo en el género mycoplasma, las membranas citoplasmáticas bacteriana no contiene esteroles. Lípidos que están siempre prexsentes en la membrana eucaritoa. La principal función de la membrana citoplasmática es el transporte de nutrientes del medio externo hacia el citoplasma y de residuos metabólicos, exoenzimas y otros productos cuitoplasmaticos hacia el exterior. No existen orgánulos membraa fosforilación oxidativa y otros procesos de obtención de energía en el caso de las bacterias van ligados a la membrana citoplasmática. La membrana es también la que se relaciona directamente con el medio externo cambiante y posee proteínas capaces de sentir la concentración externa de diversas sustancias. Las copias del cromosoma se unen a la membrana citoplasmática durante la fisión binaria para asegurar su reparto equitativo.

ORGÁNULOS PROCARIÓTICOS CITOPLÁSMICOS Como ya dijimos, en procariotas no existen por regla general orgánulos citoplásmicos rodeados por unidad de membrana. Las únicas excepciones están constituidas por los tilacoides de las Oxifotobacterias. En algunos grupos bacterianos se pueden encontrar orgánulos citoplásmicos no rodeados por unidad de membrana (o sea, sin bicapa lipídica). Muchos de ellos presentan envueltas basadas en subunidades de proteínas: 1. Carboxisomas 2. vacuolas de gas 3. clorosomas

4. magnetosomas. CARBOXISOMAS (= CUERPOS POLIÉDRICOS) Estructuras presentes en bacterias fotoautotrofas (Cianobacterias y ciertas bacterias purpúreas) y quimioautotrofas (nitrificantes, Thiobacillus), de apariencia poliédrica con tendencia a esférica. Su diámetro oscila entre 50 y 500 nm, y están rodeadas de envuelta monocapa proteinica de unos 3,5 nm. El interior tiene aspecto granular, debido a la acumulación de la enzima ribulosa-bifosfato-carboxilasa (RuBisCo, la carboxidismutasa, el enzima clave en el ciclo de Calvin de asimilación de CO2). Aunque se pensó que eran los sitios de fijación del CO2, parece más bien que se trata de reservas de dicha enzima. 2. VACUOLAS DE GAS Son orgánulos muy refringentes al microscopio óptico, que al electrónico muestran una estructura a base de agrupaciones regulares de vesículas de gas. Cada vesícula tiene una forma de cilindro bicónico (200-1000 nm de longitud y unos 70 nm de diámetro), rodeado de una monocapa de unidades globulares de proteína ensambladas helicoidalmente que dan un aspecto a bandas (“costillas”). Está envuelta es impermeable al agua, pero permeable a los gases, por lo que la composición y concentración del gas dentro de la vesícula depende de las que existan en el medio. Conforme se sintetizan y ensamblan las vesículas, el agua va siendo eliminada del interior. Las vesículas de gas están constituidas por dos tipos de proteína: la mayoritaria GvpA es una pequeña proteína rígida y muy hidrófoba. Su rigidez está en la base del hecho de que las vesículas y vacuolas de gas aguanten presiones externas. La proteína minoritaria GvpC tiene como función reforzar las vesículas de gas. La función de estas vacuolas es mantener un grado de flotabilidad óptimo en los hábitats acuáticos a las bacterias que las poseen, permitiéndoles alcanzar la profundidad adecuada para su modo de vida (según los casos, para obtener una intensidad adecuada de luz, concentración óptima de oxígeno o de otros nutrientes). Las vacuolas de gas son muy frecuentes en eubacterias fototrofas (Cianobacterias y bacterias fotosintétiocas purpúreas y verdes); también se dan en algunas arqueas (Halobacterium, algunas metanógenas) y en bacterias prostecadas (Ancalomicrobium, Prosthecomicrobium). 3. CLOROSOMAS Son vesículas oblongas situadas por debajo de la membrana citoplásmica, que contienen los pigmentos antena de las bacterias fotosintéticas verdes (antigua familia Chlorobiaceae). Son invisibles a microscopía óptica; miden 100-150 nm de longitud y unos 50 nm de anchura, estando rodeadas de una monocapa de proteínas. Se disponen por debajo de la membrana citoplásmica, sin estar en continuidad con ella, aunque en muchos casos aparecen conectadas a través de un pedúnculo de naturaleza no lipídica.

4. MAGNETOSOMAS Son orgánulos sensores del campo magnético terrestre, que aparecen en ciertas bacterias acuáticas flageladas microaerófilas o anaerobias (p. ej., en Aquaspirillum magnetotacticum). Consisten en cristales homogéneos de magnetita (Fe3O4), de formas cubo-octaédricas o de prisma hexagonal delimitados por una envuelta proteínica. Los diversos cristales suelen disponerse en filas paralelas al eje longitudinal de la bacteria, o en otras agrupaciones regulares de varios unidades, hasta varias decenas. Fueron descubiertas en 1975, y se sabe que permiten la orientación magnética a las bacterias que las poseen (bacterias magnetotácticas), determinando la orientación de su natación. En el hemisferio Norte, el campo magnético está orientado hacia abajo, y en el sur hacia arriba. Las bacterias magnetotácticas del hemisferio septentrional se orientan al N, y las del meridional, al S. Por consiguiente, cuando las bacterias son removidas de los fondos donde viven, por magnetotaxia pueden volver al fondo, que es donde encuentran las concentraciones de oxígeno adecuadas para su modo de vida. MATERIAL GENÉTICO: EL NUCLEOIDE El ADN es el material genético de los procariotas, al igual que del resto de seres vivos (celulares). Dicho ADN está contenido en una región concreta del citoplasma, denominada nucleoide, en la mayoría de los casos sin estar separado por membrana (hay un par de bacterias en las que se ha descubierto una membrana rodeando al nucleoide). El genoma es el conjunto de genes y secuencias de ADN de un organismo. En el caso de bacterias, el elemento obligatorio del genoma es el cromosoma, aunque es frecuente encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos, que son dispensables (si se pierden, la bacteria sigue siendo viable). EL CROMOSOMA PROCARIOTA Los cromosomas aislados muestran una composición de un 60% de ADN, 30% de ARN y 10% de proteínas. El ADN sigue el modelo clásico de Watson y Crick: dos hebras antiparalelas en doble hélice de 2 nm de diámetro, paso de rosca de 3,4 nm y 10 pares de nucleótidos por cada vuelta de la espiral. La mayor parte de este ADN está en conformación B, aunque existen zonas donde se puede dar la configuración Z. En la mayor parte de las bacterias este ADN constituye un solo cromosoma circular, cerrado covalentemente (ADN c.c.c.). Existen algunas excepciones, en el sentido de que podemos encontrar cromosomas lineares o incluso más de un grupo de ligamiento (más de un cromosoma): En el género Borrelia el cromosoma es lineal con los extremos cerrados covalentemente

(es decir, los extremos forman una especie de bucle de horquilla); Bacterias del género Streptomyces también poseen un cromosoma lineal, pero sus extremos contienen secuencias cortas repetidas y están acomplejados con proteínas, lo que recuerda de algún modo los telómeros eucariotas; Algunas bacterias parecen poseer dos o más cromosomas: Rhodobacter sphaeroides, Vibrio ,Leptospira y brucella presentan dos cromosomas circulares. Sinorhizobium melitoti presenta tres cromosomas circulares Distintas cepas de Burkholderia cepacia presentan entre 2 y 4 cromosomas. Agrobacterium tumefaciens cuenta con un cromosoma lineal y otro circular. Las bacterias son organismos haploides: poseen un solo cromosoma. Sin embargo, cuando las células bacterianas se encuentran en crecimiento activo, y debido al desfase de la división celular respecto de la replicación, cada individuo puede albergar varias copias de ese cromosoma. Por ejemplo, E. coli puede llegar a 10 copias. Azotobacter puede llegar hasta las 100 copias al final de la fase de crecimiento exponencial. Un caso extremo lo constituye la bacteria gigante Epulopiscium, que aumenta el número de copias en cuatro órdenes de magnitud (unas 10.000 veces), aunque se desconoce el significado de este descomunal “exceso”. TAMAÑO DEL CROMOSOMA Una bacteria típica, como Escherichia coli posee un cromosoma con 4.700 pares de kilobases (kb). Pero los rangos de tamaño oscilan entre las 700 kb de Mycoplasma genitalium(una bacteria carente de pared y parásita) y las más de 12 000 kb de ciertas bacterias capaces de diferenciación celular y fenómenos de multicelularidad (cianobacterias, actinomicetos). PLÁSMIDOS

Definición y conceptos generales Aunque en general es adecuado decir que el genoma de los procariotas 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 estudiados son de ADN de cadena doble. La inmensa mayoría son circulares cerrados covalentemente (c.c.c.) y superenrollados (aunque en Borrelia y algunos Actinomicetos existen plásmidos lineares). Algunos plásmidos poseen, además, la capacidad de integrarse reversiblemente en el cromosoma bacteriano: en esta situación se replican junto con el cromosoma (bajo el control de éste), y reciben el nombre de episomas. En cuanto al tamaño, existe una amplia gama: desde plásmidos muy pequeños (de unas 2 kb) hasta plásmidos muy grandes (ciertos plásmidos de Pseudomonas tienen 500 kb). Incluso existen “megaplásmidos” en ciertos Rhizobium que llegan a tener 1600 kb. (De hecho, ciertos “megaplásmidos” se ha visto que son imprescindibles, por lo que se han recalificado como cromosomas). Cada tipo de plásmido tiene un número medio de copias por célula característico. Por regla general, los grandes plásmidos tienen una o dos copias por célula (plásmidos con control estricto de la replicación), mientras que los pequeños suelen estar presentes como varias copias (>10), denominándose plásmidos de control relajado. En función de que los plásmidos sean o no transmisibles de una bacteria a otra por medio de contactos intercelulares, se pueden distinguir:

Plásmidos conjugativos (autotransmisibles), que son aquellos que se transfieren entre cepas por medio de fenómenos de conjugación. Algunos de estos plásmidos no sólo se transfieren entre cepas de la misma especie, sino que son capaces de hacerlo entre especies y géneros muy diversos, recibiendo el muy apropiado nombre de plásmidos

promiscuos o de amplio espectro de hospedadores, permitiendo transferencia horizontal de información genética entre grupos bacterianos filogenéticamente alejados.

Plásmidos no conjugativos, carentes de esta propiedad de conjugación. Dentro de esta categoría existe un subgrupo, el de los plásmidos movilizables: son aquellos no autotransmisibles que pueden ser transferidos por la acción de un plásmido conjugativo coexistente en la misma bacteria. Fenotipos determinados por los plásmidos Los plásmidos no suelen ser indispensables para la viabilidad de la bacteria, y muchos de ellos se pierden en ausencia de una presión selectiva. Una bacteria puede ser “curada” de su(s) plásmido(s), es decir, se le pueden eliminar, bien de forma espontánea, bien por una serie de tratamientos en el laboratorio (incubando las bacterias a temperaturas cercanas a la máxima o por agentes químicos como el naranja de acridina, que se insertan entre las bases del ADN). La razón de esta curación de los plásmidos es que esos tratamientos interfieren con su replicación sin afectar a la replicación del cromosoma. Esto hace que en sucesivas divisiones de una bacteria, el plásmido se vaya “diluyendo” en la población resultante. Los plásmidos no suelen determinar productos esenciales para el crecimiento (por eso son dispensables), pero en la naturaleza parece que resultan favorecidas las bacterias con algún plásmido, quizá porque acarrean ventajas selectivas en determinados ambientes o en determinadas condiciones. Existe una variedad de fenotipos y funciones determinados por plásmidos: Resistencia a antibióticos (plásmidos R; los estudiaremos en la sección de Genética).

Resistencia a metales pesados (por ejemplo, resistencia a mercurio). Plásmidos de virulencia: producción de toxinas, factores de penetración en tejidos, adherencia a tejidos del hospedador, etc., en ciertas bacterias patógenas. Producción de bacteriocinas (proteínas tóxicas producidas por bacterias que matan a otras de la misma especie). Producción de sideróforos (quelatos para secuestrar iones Fe3+). Utilización de determinados azúcares. Utilización de hidrocarburos, incluyendo algunos cíclicos recalcitrantes (degradación de tolueno, xileno, alcanfor, etc.) en Pseudomonas. Inducción de tumores en plantas (plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens). Interacciones simbióticas y fijación de nitrógeno en ciertos Rhizobium. etc... Obsérvese que la mayor parte de estos fenotipos no están directamente relacionados con el proceso de crecimiento bacteriano, sino que se pueden calificar como funciones para ocupar nichos ecológicos y resistir circunstancias adversas. Los dos fenotipos de “utilización de... (Fuente alternativa de C)” nos recuerdan que muchas bacterias están sometidas a períodos alternos de hambrunas y de “festines de comida”: ciertas bacterias, como Pseudomonas se adaptan a los períodos de hambre de las fuentes habituales de C recurriendo a fuentes “exóticas”, como hidrocarburos cíclicos. La información para los enzimas degradativos correspondientes la llevan en plásmidos. ¿Por qué, entonces, si determinadas propiedades conferidas por plásmidos son tan útiles, no han pasado a lo largo de la evolución a ser codificadas por el cromosoma? No podemos contestar a ciencia cierta a esa pregunta, pero cabe especular que resulta ventajoso que algunas poblaciones bacterianas dispongan de ciertos genes en replicones distintos del cromosoma, de modo que los cromosomas no lleguen a ser demasiado grandes. Cuando no hay presión selectiva para los rasgos conferidos por un plásmido, éste se puede perder de

parte de la población. Pero cuando existe dicha presión selectiva (p. ej., un antibiótico), sobreviven y se multiplican preferencialmente las bacterias portadoras del plásmido, de modo que en poco tiempo, la población contiene mayoritariamente dicho elemento. Además, como muchos plásmidos son autotransmisibles o movilizables, pueden transferirse a cepas que originalmente carecían de ellos. En resumen, se logra una gran flexibilidad adaptativa sin “cargar” demasiado el cromosoma o replicón principal. Hay plásmidos que, aunque se pueden evidenciar por métodos físicos (p. ej., electroforesis), no se ha podido demostrar que determinen ningún rasgo fenotípico: tales plásmidos se califican como crípticos, constituyendo un ejemplo de “ADN egoísta” (sólo se mantienen por su capacidad de replicación, sin necesidad de aportar ventaja selectiva clara a la bacteria que los alberga). Replicación de los plásmidos

La replicación del ADN de los plásmidos se origina siempre en el mismo lugar y utiliza un mecanismo denominado de círculo rodante. En el punto de origen, sobresale una protuberancia en forma de horquilla de cabello donde se engancha la proteína RepB para iniciar la replicación. Lo que han descubierto los investigadores es que la proteína iniciadora es un hexámero en forma de anillo y, por lo tanto, contiene seis centros activos y seis motivos de unión al ADN que, además, son móviles. Estas características le confieren varias habilidades: reconocer el lugar de origen de la replicación, cortar una de las cadenas de ADN, rodear la otra y desenredarla para que la maquinaria de replicación -el replisomapueda avanzar a lo largo del ADN y, finalmente, volver a atar la cadena de ADN cortada, completando el círculo. La estructura de la proteína RepB muestra similitudes con la familia de proteínas helicasas de tipo anillo que intervienen en diversos procesos relacionados con el ADN, por ejemplo, en la replicación de los virus. En particular, los investigadores han visto que una parte de RepB tiene una estructura muy similar a los iniciadores de la replicación de dos virus que provocan cáncer en humanos: el virus del papiloma humano (útero) y el virus SV40

(mesoteliomas). Según Coll, esta coincidencia estructural muestra la relación evolutiva entre los mecanismos y las proteínas de replicación de los plásmidos y los virus. Regulación del número de copias La regulación del número medio de copias de cada plásmido en cada bacteria es una propiedad característica dependiente de cómo se controla el inicio de replicación, siendo diferentes los mecanismos en los plásmidos de alto número de copias (con control relajado) y en los plásmidos de bajo número de copias (de control estricto). En general, los plásmidos de control relajado tienen mecanismos que inhiben el inicio de replicación sólo cuando el número de copias ha llegado a un cierto nivel. En cambio, los plásmidos de control estricto tienen mecanismos que logran que sólo se repliquen una vez o un pequeño número de veces en cada ciclo celular. Reparto de las copias a las células hijas Muchos plásmidos poseen sistemas de reparto (= partición), que tienden a asegurar que una vez que el plásmido ha sido replicado, cada una de las células hijas va a recibir al menos una copia. A falta de un tal sistema, y si el reparto fuera aleatorio, de vez en cuando, las propias fluctuaciones de la segregación aleatoria harían que parte de la progenie no recibiera una copia, con lo que quedaría curada de ese plásmido. El reparto de las copias a las células hijas se suele deber a las llamadas funciones par, que están cerca de los genes rep y de la zona ori. Se trata de cortas secuencias de ADN que de alguna manera aún no aclarada, debe unirse a alguna zona de la membrana de la bacteria que se duplica durante la división celular, de modo que cada copia, unida a una de esas zonas, se segrega a una célula hija. Incompatibilidad entra plásmidos y grupos de incompatibilidad Cada plásmido, dentro de la amplia diversidad de los que se conocen, se suele clasificar según el grupo de incompatibilidad al que pertenece (los grupos de incompatibilidad se suelen denominar con las siglas Inc seguidas de una letra mayúscula (por ejemplo IncP, IncFII, etc.). Se dice que dos plásmidos son incompatibles cuando no pueden coexistir establemente en la misma bacteria en ausencia de una presión selectiva permanente. Grupo de incompatibilidad es el conjunto de plásmidos incompatibles entre sí. La incompatibilidad depende del hecho de que los distintos miembros de un mismo grupo poseen el mismo tipo de sistema de control del número de copias y de reparto de dichas copias a las células hijas. En cada célula con dos plásmidos distintos del mismo grupo de incompatibilidad, el número total de copias nA+nB = N (determinado por el sistema de control) no varía, pero por fluctuaciones aleatorias en el reparto, algunas células heredan

más copias de uno de los plásmidos que del otro, y tras varias generaciones aparecen células carentes de uno o del otro plásmido (nA = 0 y nB = N, o viceversa).

Ribosomas Libres en el citoplasma, están compuestos por proteínas y ácido ribonucleico (ARN); su coeficiente Pueden presentarse aislados o como polirribosomas, asociados a ARN mensajero (ARNm) y a ADN cromosómico. Un mismo ARNm puede ser traducido por varios ribosomas simultáneamente durante la síntesis proteica. Los ARNm bacterianos difieren en el número de proteínas para las que codifican. Algunos representan un único gen (monocistrónicos), otros, la mayoría, tienen secuencias que codifican para más de una proteína (policistrónicos). Su función es la síntesis proteica y su cantidad aumenta cuando la bacteria crece en medios ricos. Su alto contenido de sustancias ácidas los hace sensibles a la tinción con colorantes positivos o básicos como el cristal violeta y el azul de metileno. Los ribosomas son partículas de ribonucleoproteínas que se ocupan de traducir la información genética al lenguaje de las proteínas. Los ribosomas bacterianos no están unidos a una membrana porque no existe el retículo endoplásmico y son más pequeños que los eucariotas: de tipo70S, formados por dos subunidades de 30S y 50S. Tanto el ARNr como las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar por su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg. En las células eucariotas, los ribosomas del citoplasma alcanzan 80 S. En plastos de eucariotas, así como en procariotas, son 70 S. Los ribosomas mitocondriales son de tamaño variado, entre 55 y 70 S.

Inclusiones De Reserva Son acúmulos de sustancias orgánicas o inorgánicas, rodeadas o no de una envuelta limitante de naturaleza proteínica, que se originan dentro del citoplasma bajo determinadas condiciones de crecimiento. Constituyen reservas de fuentes de C o N (inclusiones orgánicas) y de P o S (inclusiones inorgánicas). 

Inclusiones orgánicas 1. inclusiones polisacarídicas 2. gránulos de poli-ß-hidroxibutírico (o, en general de poli-ß-hidroxialcanoatos) 3. inclusiones de hidrocarburos 4. gránulos de cianoficina



Inclusiones inorgánicas: 1. gránulos de polifosfato 2. glóbulos de azufre

INCLUSIONES ORGÁNICAS INCLUSIONES POLISACARÍDICAS Son acumulaciones de a (1-->4) glucanos, con ramificaciones en a (1--> 6), principalmente almidón o glucógeno (según especies), que se depositan de modo más o menos uniforme por todo el citoplasma cuando determinadas bacterias crecen en medios con limitación de fuente de N, pero donde aún sean abundantes las fuentes de C y energía. En esta situación, se detiene prácticamente la síntesis de proteínas y de ácidos nucleicos, y la mayor parte del C asimilado se convierte rápidamente en estos materiales de reserva. Cuando a estas células las pasamos a un medio rico en N, pero carente de fuente de C, estas inclusiones se usan como fuente interna de C para la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. Estas inclusiones actúan, pues, como sistemas de almacenamiento de carbono osmóticamente inertes (la célula puede albergar grandes cantidades de glucosa que, si estuvieran como moléculas libres dentro del citoplasma, podrían tener efectos osmóticos muy negativos). Síntesis (veamos el ejemplo del glucógeno): fosfoglucomutasa Glucosa-6-P --------------------------------> Glucosa-1-P ADP-glucosa-pirofosforilasa Glucosa-1-P + ATP ---------------------------------------> ADP-glucosa + PP glucógeno sintetasa ADP-glucosa + {a ,1-->4 glucano aceptor}n -----------------------------------------> {a ,1-->4 glucano}n+1

Sobre este polímero lineal actúa la enzima ramificadora (que introduce enlaces a (1-->6) con glucosa), de modo que se forma el glucógeno maduro. Degradación: glucógeno fosforilasa Glucógeno --------------------------------> n {glucosa-1-P}

Para la total degradación del glucógeno se requieren también enzimas desramificadoras, capaces de romper los enlaces a (1-->6). Observación: 

Para observarlas se recurre a la tinción con una solución de I2 + IK:  glucógeno: aparece de color pardo-rojizo  almidón (amilopectina): color azul.

GRÁNULOS DE POLI-ß-HIDROXIBUTÍRICO HIDROXIALCANOATOS (PHA)

(PHB)

Y

DE

POLI-

Los gránulos de poli-b-hidroxibutírico son acúmulos del poliéster del ácido ß-hidroxibutírico (= 3hidroxibutírico), rodeados de una envuelta proteínica, y que al igual que en el caso anterior, se producen en ciertas bacterias como reserva osmóticamente inerte de C en condiciones de hambre de N. Además de la protección osmótica, estos gránulos suponen la ventaja de neutralizar un metabolito ácido (el grupo carboxilo de cada unidad de ß-hidroxibutírico desaparece como tal, al intervenir en el enlace éster con la siguiente unidad). En las especies de Bacillus constituye la fuente de carbono y energía al inicio de la esporulación. Una función semejante parece implicada a la hora del enquistamiento de Azotobacter. Una célula puede contener de 8 a 12 de estos gránulos, que miden unos 0.2-0.7 mm de diámetro, y que van provistos de una envuelta proteica de unos 3-4 nm de grosor. Pueden llegar a representar el 80% en peso de la célula.

Síntesis: Se produce por una rama lateral de la ruta de síntesis de los ácidos grasos, a través de ßhidroxibutiril-CoA. En los gránulos, el polímero queda asociado a un sistema complejo que será utilizado en la degradación, pero este sistema habrá de activarse antes.

Degradación: 

La degradación comienza con la actuación de un enzima proteolítico que desorganiza la envuelta proteica de los gránulos



Los gránulos así "activados" sufren ahora la acción de una despolimerasa, que va generando dímeros de hidroxibutírico.



Actuación de una dimerasa específica, que genera ß-hidroxibutírico a partir de los ésteres diméricos.

Observación: A diferencia de los acúmulos de polisacáridos, los gránulos de PHB son visibles a microscopio óptico en fresco, debido a su elevado índice de refringencia. Se tiñen bien mediante Negro-Sudán. Gránulos de poli-ß-hidroxialcanoatos (PHA): En los últimos años está quedando patente que los gránulos descritos de PHB son un ejemplo de una clase más amplia de gránulos de poli-ß-hidroxi-alcanoatos. Por ejemplo: cuando determinadas especies de Pseudomonas crecen en n-octano como fuente de carbono, se acumula un polímero de ésteres del ácido ß-hidroxi-octanoico, con una función metabólica semejante a la del PHB. Ciertas cepas de Alcaligenes eutrophus, cuando crecen en glucosa y propiónico producen copolímeros aleatorios de unidades de b-hidroxibutírico y b-hidroxivalérico (=3-hidroxipentanoico). Existen interesantes perspectivas de aprovechamiento económico de estos polímeros, ya que los PHA se comportan como excelentes termoplásticos biodegradables. Por ejemplo, la empresa británica ICI tiene patentados procesos industriales para fabricar PHA donde casi el 90% de las unidades son de hidroxivalérico, que da un polímero flexible comercializado con el nombre de Biopol ®. Los polímeros a base de 4- o 5-hidroxibutírico y 3-hidroxibutírico son más largos, más elásticos y más biodegradables (se han empleado en la fabricación de envases)

INCLUSIONES DE HIDROCARBUROS Son acúmulos de reserva (con envuelta proteínica) de los hidrocarburos que determinadas bacterias (especialmente Actinomicetos y relacionados) usan como fuente de C.

GRÁNULOS DE CIANOFICINA Muchas cianobacterias (Oxifotobacterias) acumulan grandes gránulos refringentes de reservas nitrogenadas cuando se acercan a la fase estacionaria de crecimiento. Estos gránulos de cianoficina son acúmulos de un copolímero de arginina y aspártico: consta de un núcleo de poliaspártico, en el que todos los carboxilos de las cadenas laterales están unidos con L-arginina. Su síntesis no está basada en el mecanismo habitual en ribosomas, ya que no se ve inhibida por el cloramfenicol.

INCLUSIONES INORGÁNICAS GRÁNULOS DE POLIFOSFATOS (GRÁNULOS DE VOLUTINA, O GRÁNULOS METACROMÁTICOS) El nombre de "metacromáticos" alude al efecto metacromático (cambio de color): cuando se tiñen con los colorantes básicos azul de toluidina o azul de metileno envejecido, se colorean de rojo. A microscopio electrónico aparecen muy densos a los electrones. Son acúmulos de polifosfato, polímeros lineales del ortofosfato, de longitud variable (por término medio, unas 500 unidades), que representan un modo osmóticamente inerte de almacenar fosfato. Parece ser que la parte central de estos gránulos constituye un núcleo formado por lípidos y proteínas. En algunos casos pueden constituir una fuente de energía, en sustitución del ATP (¿se trata en este caso de una especie de "fósil bioquímico?") Se acumulan cuando algún otro nutriente distinto del fosfato se hace escaso (sobre todo cuando va desapareciendo el sulfato). En estas condiciones se detiene la síntesis de los ácidos nucleicos, y la volutina se acumula a la espera de su utilización para esta síntesis de nucleicos, cuando aparezca el nutriente originalmente limitante. Su síntesis se produce por adición secuencial de restos de P a PP, actuando el ATP como donador: P-P + ATP ------> P-P-P + ADP; (-P-)n + ATP -----> (-P-)n+1 + ADP. Los gránulos de polifosfatos tienen un interesante aspecto aplicado, en la eliminación de fosfatos en las aguas residuales. En los lodos activados de las plantas de procesamiento de aguas y residuos es muy abundante la bacteria Acinetobacter, que puede llegar a acumular el 24% de su biomasa bajo la

forma de polifosfatos. Durante los periodos de aerobiosis, esta bacteria se asegura la energía a partir de sustratros extracelulares, y mientras tanto acumula gránulos de polifosfatos; en anaerobiosis, los niveles de ATP los mantienen a expensas de usar esos gránulos de polifosfato, por lo que el lodo libera fosfatos. Esto se aprovecha para eliminar concentraciones problemáticas de fosfatos en aguas residuales, derivadas del uso de fertilizantes y detergentes (proceso "Renpho").

GLÓBULOS DE AZUFRE Las inclusiones de S aparecen en dos grupos de bacterias que usan sulfuro de hidrógeno (SH2): 

las bacterias purpúreas del azufre (que usan el SH2 como donador de electrones para la fotosíntesis)



bacterias filamentosas no fotosintéticas como Beggiatoa o Thiothrix, que lo usan como donador de electrones para sus oxidaciones.

En ambos casos, el sulfuro de hidrógeno es oxidado a azufre elemental (S0), que en el citoplasma se acumula como glóbulos muy refringentes y rodeados de envuelta proteínica. Estos glóbulos son transitorios, ya que el S0 se reutiliza por oxidación hasta sulfato, cuando en el medio se agota el sulfuro.

OTRAS INCLUSIONES INCLUSIONES DE SALES MINERALES Acúmulos grandes, densos y refringentes de sales insolubles de calcio (sobre todo carbonatos) que aparecen en algunas bacterias (como Achromatium), cuyo papel parece consistir en mantenerlas en el fondo de los lagos y ríos. FICOBILISOMAS Son estructuras supramacromoleculares, en forma de cilindros o bastones, adosadas a la superficie de la membrana tilacoidal de las Oxifotobacterias, confiriendo a ésta un típico aspecto "granuloso" en las micrografías electrónicas. Como se puede ver en el esquema, están constituidas por pilas de discos a partir de ficobiliproteínas, cromoproteínas que sirven como "antenas" para la captación de luz en la fotosíntesis de estos procariotas. Los grupos cromóforos son: ficocianinas, aloficocianinas y ficoeritrina. Como veremos oportunamente, la disposición ordenada de los distintos pigmentos tiene un papel central en la "canalización" de la energía de la luz hacia los centros de reacción (ubicados ya en plena membrana tilacoidal) donde se localizan los complejos fotosintéticos proteínasclorofilas.